LA PHASE M, DEROULEMENT ET ACTEURS

VI.1.1 LE MPF (M-PHASE PROMOTING FACTOR)

Le MPF est un hétérodimère protéique (Cdk1/Cycline B) induisant l’entrée en phase M (397). L’activation de la sous-unité catalytique de la Cdk1, nécessite son association à une cycline qui sert de sous-unité régulatrice (cycline B). La fonction et les substrats de la Cdk1 dépendent de la cycline à laquelle elle est associée. De cette façon, la Cdk1 peut contrôler des phases différentes du cycle en fonction des cyclines avec lesquelles elle s’associe. La cycline B est synthétisée progressivement à partir de la phase S, elle s’accumule dans la cellule puis s’associe aux sous-unités libres de la CdK1. Parmi les trois types de cycline B (B1, B2 et B3) présentes chez les mammifères, c’est principalement la cycline B1 qui est impliquée dans la transition G2/M.

Une fois formé, le complexe MPF est régulé par différentes phosphorylations. Il subit une phosphorylation activatrice de sa sous-unité catalytique sur la thréonine 161 de la Cdk1 par la kinase CAK (Cdk Activating Kinase ; Cdk7/Cycline H), lui permettant de se lier à ses substrats (398)(399). Cependant, l’activation par la CAK n’est pas suffisante pour activer le MPF. Les kinases Wee1 et Myt1 maintiennent le MPF nouvellement formé inactif suite à la phosphorylation inhibitrice de Cdk1 au niveau des deux résidus thréonine 14 et tyrosine 15. Les phosphorylations inhibitrices de Cdk1 s’effectuent au fur et à mesure que le MPF se forme pendant les phases S et G2. Les deux kinases Wee1 et Myt1 ont plus d’affinité pour le MPF que pour la sous-unité Cdk1 seule (400). Un stock de complexe MPF inactif (Cdk1/Cycline B1 phosphorylé en Thr 161, Thr 14 et Tyr 15) est constitué à partir de la phase S, correspondant au pré-MPF dont l’activation va déclencher la transition G2/M.

VI.1.2 LES TRANSITIONS G2/M ET PROPHASE/METAPHASE :

Quatre étapes sont nécessaires et responsables de l’activation du pré-MPF pour faire rentrer la cellule en mitose :

1. L’inactivation des kinases inhibitrices Wee1 et Myt1 par les kinases PKB/AKT et p90RSK. 2. Parallèlement, déphosphorylation des résidus thréonine 14 et tyrosine 15 de la Cdk1 par la

protéine phosphatase Cdc25C. En s’opposant ainsi à l’activité inhibitrice de Wee1 et Myt1, la phosphatase Cdc25C déclenche l’entrée en mitose. La Cdc25C est activée à la fois par PLK1 et par une boucle d’auto-activation du MPF (401)(402). De plus, le MPF est capable d’inactiver sa kinase inhibitrice Wee1 par phosphorylation.

3. Phosphorylation de la cycline B par diverses kinases, étape indispensable à l’interaction entre Cdc25C et Cdk1, et donc à l’activation du MPF.

4. Migration du MPF phosphorylé dans le noyau où il peut interagir avec la plupart de ses substrats.

L’activité du MPF déclenche de profonds remaniements cellulaires et marque l’entrée en mitose. Parmi les protéines cibles du MPF, certaines se trouvent dans le noyau comme les lamines ou les condensines. Les condensines sont impliquées dans la condensation des chromosomes. La phosphorylation des lamines nucléaires par le MPF provoque la rupture de l’enveloppe nucléaire en prométaphase (403). D’autres substrats du MPF sont cytoplasmiques comme les protéines associées aux microtubules qui permettent l’assemblage du fuseau mitotique et d’autres protéines liant les microtubules.

En début de mitose, le MPF participe à l’activation du complexe APC (Anaphase Promoting Complex) qui intervient lui-même dans la dégradation des protéines par le protéasome (voir en détail ci-après) (404). Pour maintenir l’activation du MPF, une quantité suffisante de Cdc25C active est essentielle. Au début de la mitose et jusqu'à la transition métaphase/anaphase, la protéine LZTS1 se lie à la Cdc25C pour empêcher sa protéolyse (405). En l’absence de LZTS1, la Cdc25C est dégradée par le protéasome dès le début de l’activation de l’APC. Une faible quantité de Cdc25C ne suffit plus pour activer les MPF par déphosphorylation des Cdk1. Cette chute d’activité du MPF déclenche une transition métaphase/anaphase prématurée. Ce mécanisme identifié par Vecchione et al. en 2007 (406) n’est pas encore totalement élucidé aujourd’hui. Le LZTS1 est un facteur important pour assurer le bon déroulement de la mitose, il régule notament l’activité de la CdK1 via l’activité de Cdc25C. Il est important de noter que LZTS1 n’intervient pas dans le déclenchement de l’entrée en mitose et que son inactivation n’est pas létale (407).

VI.1.3 L’APC « ANAPHASE PROMOTING COMPLEX »

L’APC ou cyclosome, est un complexe d’au moins 11 sous-unités (408), qui présente une activité de type ubiquitine ligase lorsqu’il s’associe avec la Cdc20 (409)(410).

La progression dynamique de la mitose s’effectue grâce à la dégradation, ubiquitine-dépendante par le protéasome de nombreuses protéines telles que les cyclines, au fur et à mesure de la progression du processus mitotique. Le complexe APC participe à ce mécanisme dynamique de par son activité E3-ligase. Une fois poly-ubiquitinées, les protéines mitotiques sont protéolysées par le protéasome 26S. L’APC est lui-même activé en début de mitose suite à une phosphorylation par le MPF. L’activation de l’activité ubiquitine-ligase de l’APC fait intervenir successivement les deux sous-unités activatrices Cdc20 et Cdh1. La protéine Cdc20 intervient à partir de la métaphase, puis est dégradée au fur et à mesure de la progression mitotique. Elle est remplacée par la suite par la protéine Cdh1 qui active à son tour le complexe APC jusqu’à la fin de la phase G1 (411).

VI.1.4 LA TRANSITION METAPHASE/ANAPHASE

Après la réplication, les chromatides homologues restent associées grâce à des complexes protéiques appelés de cohésines. Les cohésines sont constituées de quatre sous-unités: deux grandes sous-unités appartenant à la famille des SMC (Structural Maintenance of Chromosomes), SMC1 et SMC3, et deux protéines Scc1 et Scc3.

Le complexe APC/Cdc20 a pour rôle principal d’assurer la séparation des chromatides sœurs et donc la transition métaphase/anaphase. En métaphase, la cohésine est phosphorylée par la kinase Plk1 (Polo-like Kinase 1) au niveau de la sous-unité Scc1, et devient alors sensible à la dégradation protéolytique. En début d’anaphase, la cohésine est détruite par une protéase de la famille des caspases, la séparase, permettant la séparation des chromatides. Ces dernières sont tirées vers les pôles du fuseau mitotique par les microtubules, au niveau des kinétochores. La sécurine, un des substrats du complexe APC/Cdc20, est associée à la séparase et la maintient inactive. En fin de métaphase, le complexe APC/Cdc20 ubiquitinyle spécifiquement la sécurine provoquant sa dégradation. La séparase se libère et s’active par autoclivage et phosphorylation pour déclencher la protéolyse des cohésines.

L’inhibition du MPF est indispensable pour la transition métaphase/anaphase et pour la sortie de la mitose. Le complexe MPF (Cdk1/Cycline B) en activant l’APC contribue à sa propre inhibition puisque la cycline B contient un site de dégradation par l’APC, la destruction de la cycline B provoque une chute d’activité du MPF. Cette inhibition permet également la disparition du fuseau mitotique à la fin de l’anaphase B, le déclenchement de la cytokinèse et la transition vers la phase G1.

VI.1.5 LA TRANSITION ANAPHASE/TELOPHASE

La transition anaphase/télophase dépend du « mitotic exit network », un groupe de protéines qui permet l’activation de la phosphatase Cdc14. Cette phosphatase déphosphoryle et active Cdh1, ce qui contre-balançe la phosphorylation et l’inactivation par le complexe MPF (Cdk1/ cycline B), Cdh1 peut alors se lier à l’APC. À partir de l’anaphase, des complexes APC/Cdh1 actifs se forment et ubiquitinylent la protéine Cdc20. Ces complexes actifs induisent également la destruction sélective de certains substrats permettant ainsi le passage en télophase et l’achèvement de la mitose. Le complexe APC/Cdh1 reste actif jusqu'à la fin de la phase G1 quand le Cdh1 est de nouveau phosphorylé et se sépare de l’APC. L’APC est alors inactivé et le restera durant toute l’interphase, il sera réactivé au prochain cycle de division lors de la mitose.