Mono et poly-ubiquitinylation de PCNA

Le choix de tolérer les lésions par l’une ou l’autre de ces deux voies dépend des modifications post-traductionnelles de PCNA (Figure 15).

La première modification, commune à ces deux voies est la mono-ubiquitinylation de PCNA sur le résidu K164 de chacune de ses trois sous-unités réalisée grâce à l’action combinée de l’enzyme E2 Rad6 et de l’enzyme E3 ubiquitine-ligase Rad18. Lorsque la fourche de réplication est bloquée par une lésion, il se produit un découplage entre les hélicases qui précèdent la fourche et les ADN polymérases, ce qui conduit à une accumulation d’ADN simple-brin rapidement recouvert et stabilisé par la protéine RPA. Des études ont montré que l’ADN simple-brin généré par ce découplage était requis pour activer le complexe Rad6/Rad18 et induire la mono-ubiquitinylation de PCNA (Chang et

al., 2006). Récemment, l’importance de RPA dans l’ubiquitinylation de PCNA en réponse aux dommages à été mise en évidence. RPA interagit directement avec Rad18, que ce soit chez la levure ou les cellules de mammifères, et recrute Rad18 au niveau des régions simple-brin de l’ADN in vitro. Cette interaction entre RPA et Rad18 semble jouer un rôle important pour l’ubiquitinylation de PCNA in vivo (Davies et al., 2008). Même si le blocage de fourches de réplication et le découplage entre hélicases et ADN polymérases a également pour conséquence d’induire le point de contrôle médié par ATR, ces deux événements semblent indépendants, puisqu’un taux réduit d’ATR dans les cellules humaines n’a pas d’effet significatif sur la mono-ubiquitinylation de PCNA (Niimi et al., 2008). Cette mono-ubiquitinylation peut survenir en réponse à une grande diversité de lésions de l’ADN, telles que celles induites par les UV, le MMS et l’hydroxyurée (HU) qui agit en sevrant la cellule en désoxynucléotides, toutes ces lésions générant un découplage entre hélicases et polymérases. Cependant, les radiations ionisantes et la camptotécine, qui n’induisent pas de découplage mais des CDBs de l’ADN n’induisent pas la mono- ubiquitinylation de PCNA (Niimi et al., 2008). Ceci appuie l’importance de l’ADN simple- brin et de RPA dans ce processus d’activation de PCNA. L’hypersensibilité aux UV, au MMS ou encore au Cisplatine des cellules embryonnaires de souris dépourvues de Rad18 (Tateishi et al., 2003) démontre l’importance de la mono-ubiquitinylation de PCNA pour la résistance aux agents génotoxiques. De plus des mutants de PCNA sur la lysine 164 présentent également une hypersensibilité aux UV ainsi qu’au MMS (Niimi et al., 2008). L’action du complexe Rad6/Rad18 peut être contrebalancée par l’activité d’USP1. Cette désubiquitinase est capable d’exciser le résidu ubiquitine sur PCNA. En réponse aux UV, il a été montré qu’USP1 s’auto-dégrade permettant ainsi l’apparition de la forme mono- ubiquitinylée de PCNA (Huang et al., 2006). La mono-ubiquitinylation de PCNA favoriserait le recrutement de certaines ADN polymérases TLS au niveau de la fourche de réplication aiguillant le mécanisme de tolérance de la lésion vers la voie de synthèse translésionnelle.

Rad5. Le complexe Ubc13/Mms2 est une ubiquine-conjugase unique qui synthétise une chaîne de poly-ubiquitines reliées par des ponts entre les résidus K63 et G76. Contrairement à la liaison classique K48-G76, la chaîne de poly-ubiquitine K63 n’entraîne pas de dégradation par le protéasome. Cette poly-ubiquitinylation de PCNA, mise en évidence chez la levure n’a été détectée que très récemment dans les cellules de mammifères et semble se produire moins fréquemment que la simple mono- ubiquitinylation de PCNA. En effet, PCNA est poly-ubiquitinylé dans les cellules humaines irradiées aux UV et cela est dépendant d’Ubc13. De plus, l’inhibition de la formation de la chaîne de poly-ubiquitine augmente la mutagenèse induite par la synthèse translésionnelle (Chiu et al., 2006). L’homologue de Rad5 chez l’homme est longtemps resté inconnu. Récemment, les protéines SHPRH (SNF2 Histone Linker PHD RING Helicase) et HLTF (Helicase Like Transcription Factor) ont été proposées pour remplir ce rôle chez l’homme, HLTF ayant la plus forte homologie de séquence avec Rad5 (Motegi et al., 2006; Unk et al., 2008; Unk et al., 2006). Cette poly-ubiquitinylation de PCNA dirige la gestion du dommage de l’ADN vers la voie plus fidèle du contournement de la lésion.

FIGURE 15. La mono- et la poly-ubiquitinylation de PCNA déterminent la voie de tolérance de la lésion. Lorsque la fourche de réplication est bloquée par la présence d’une lésion sur l’ADN, PCNA subit une mono- ubiquitinylation sur son résidu K164 grâce à l’action du complexe E2/E3 respectivement Rad6/Rad18. PCNA mono-ubiquitinylé peut ensuite subir une poly-ubiquitinylation par le complexe Ubc13/Mms2/SHPRH ou HLTF, SHPRH et HLTF étant chez l’homme les deux homologues possibles de Rad5. L’enzyme USP1 est capable d’enlever le résidu ubiquitine de la forme mono-ubiquitinylée de PCNA et régule ainsi le taux d’ubiquitinylation de PCNA. La mono-ubiquitinylation de PCNA entraîne le recrutement d’ADN polymérases TLS et aiguille le processus vers la synthèse translésionnelle, alors que la poly-ubiquitinylation de PCNA favorise le mécanisme plus fidèle du contournement de la lésion. Pour plus de clarté, la modification d’une seule des trois sous-unités de PCNA a été représentée. Adapté de K. Lee (Lee and Myung, 2008).