Les dommages à l’ADN et notamment les cassures double brin sont réparés par deux mécanismes principaux qui sont la recombinaison homologue (HR) ou la recombinaison non homologue par ligation des extrémités, (NHEJ). Le choix entre ces deux mécanismes de réparation demande à la cellule une régulation extrêmement organisée et précise puisqu’un disfonctionnement au niveau de cette régulation peut être à l’origine d’aberrations chromosomiques tels que des translocations ou des délétions chromosomiques mais également la perte d’hétérozygotie (LOH). Ces différentes aberrations vont provoquer une instabilité génomique qui aura pour conséquence l’induction de la tumorigénèse induisant de nombreux cancers.
Cette régulation s’effectue premièrement au niveau du cycle cellulaire et notamment via l’activation des différentes protéines qui contrôlent les Checkpoints G1/S et G2/M. Deuxièmement, la régulation se fera via les différentes interactions protéiques qui
Notamment, les modulations d’activation de recrutement des différentes protéines « médiatrices » telles que BRCA1 et 53BP1 au niveau des DSBs par les modifications post traductionnelles des protéines histones situées au niveau de la chromatine (discuté plus loin : partie III) seront cruciales dans la décision du choix du mécanisme de réparation des dommages à l’ADN.
4.1 Importance du cycle cellulaire
Le cycle cellulaire va jouer un rôle essentiel dans le choix du mécanisme de réparation puisqu’en fonction de la phase du cycle cellulaire dans laquelle les DSBs se trouvent, les protéines impliquées seront différentes. Le choix du mécanisme va être dicté par les différents acteurs recrutés lors de l’activation ou de l’inhibition de l’étape de résection de l’ADN. Cette étape est indispensable à la formation d’un ADN simple brin qui permettra l’invasion au niveau du brin homologue de la chromatide sœur pour la réparation par HR. Cette étape requiert la phosphorylation de plusieurs protéines par les protéines kinases CDK dont l’activation est régulée différemment au cours des différentes phases du cycle cellulaire pour promouvoir la recombinaison homologue. Par exemple, la phosphorylation de la protéine EXO1 par les protéines CDK1 et CDK2 promeut l’étape de résection lors de la recombinaison homologue alors que la déphosphorylation de celle-ci augmente l’activité des protéines impliquées dans la NHEJ (Tomimatsu et al., 2014). De même, l’activation par phosphorylation de la protéine CtiP par les protéines CDK au niveau de la Sérine 327 et de la Thréonine 847 promeut le démarrage de l’étape de résection. Cette activation de CtiP est dépendante du cycle cellulaire. En effet, un faible niveau d’expression de Ctip est retrouvé en phase G1 alors que celui-ci est augmenté en phase S. Outre l’activation des CDK, l’activation des kinases ATM et DNA-PK est également importante. En effet, en phase S la protéine kinase ATM va recruter différentes protéines telles que les protéines du complexe MRN, la protéine BRCA1 et la protéine CtiP pour favoriser la HR (Yun et Hiom, 2009). De plus, en phase S l’activation de la protéine DNA-PK est altérée par une baisse de son activité kinase. Ceci se traduit par une diminution d’autophosphorylation de la Sérine 2056 et de la Thréonine 2609, nécessaires pour l’induction de la réparation par NHEJ, favorisant ainsi la réparation des DSBs par la recombinaison homologue (Chen et al., 2005). Une autre étude montre que la recombinaison homologue est stimulée quand la kinase DNA-PK est absente mais réprimée lorsque la phosphorylation de la Thréonine 2609 de la kinase DNA-PK est
inhibée chimiquement (Cui et al., 2005 ; Allen et al., 2003). Dans cette dernière étude, les auteurs émettent l’hypothèse d’une altération de la dissociation de la sous unité catalytique DNA-PKcs au niveau des extrémités des DSBs à l’origine d’un blocage des deux mécanismes de réparation NHEJ et HR. Cependant, en 2007 une étude a montré que la protéine kinase ATM participait à la phosphorylation de la Thréonine 2609 en réponse aux DSBs (Chen et al., 2007).
4.2 Le rôle pivot des protéines BRCA1 et 53BP1
La balance entre le niveau d’expression de ces différentes protéines va moduler le choix de la signalisation à mettre en place en réponse aux DSBs par l’activation ou l’inhibition de l’étape de résection de l’ADN.
4.2.1 La protéine 53BP1
Le mécanisme d’action principal de cette protéine est l’activation de la réparation des DSBs par NHEJ. La protéine 53BP1 interagit avec la chromatine au niveau des DSBs via deux MPTs dont la méthylation de la Lysine 20 de l’histone H4, H4K20me2 et l’ubiquitination de la Lysine 15 de l’histone H2A, H2AK15ub (Partie III sur les modifications d’histones) pour promouvoir la NHEJ (Amélie Fradet-Turcotte et al., 2013). Sa capacité à promouvoir la réparation par NHEJ est spécifique du contexte. En effet, 53BP1 promeut ce mécanisme de réparation lors de la recombinaison des gènes VDJ et dans les cellules déficientes pour la protéines BRCA1 (paragraphe suivant) entre autres. En phase S, 53BP1 est responsable de la formation d’aberrations chromosomiques dans les cellules déficientes pour BRCA1 via une altération dans la formation de foyers RAD51 lors de l’étape de résection (Chen et al., 1999). En phase G2, 53BP1 inhibe le recrutement de BRCA1 inhibant ainsi l’étape de résection.
4.2.2 La protéine BRCA1
Chez l’homme, la déficience pour la protéine BRCA1 est associée à une instabilité génomique caractérisée par un défaut de la réparation des dommages à l’ADN par recombinaison homologue. La protéine BRCA1 est impliquée dans l’activation de l’étape de résection via la régulation de la protéine Rif1, partenaire de la protéine 53BP1 (Figure 23). En effet, en phase S, la protéine BRCA1 complexée avec la protéine CtiP va réguler négativement l’accumulation de la protéine Rif1
(Escribano-Díaz et al., 2013) induisant ainsi l’activation de la recombinaison homologue. Pour cela, la phosphorylation de CtiP par les protéines CDK est indispensable. Par contre, en phase G2, BRCA1 va promouvoir l’étape de résection en inhibant l’accumulation de la protéine Rif1 favorisant ainsi la réparation par NHEJ. Pour finir, dans les cellules déficientes pour la protéine BRCA1, la protéine Rif1 va être recrutée via la phosphorylation de 53BP1 (effectuée par ATM) et inhiber la recombinaison homologue en bloquant l’étape de résection par un mécanisme inconnu (Escribano-Díaz et al., 2013 ; Silverman et al,. 2004).
Figure 23 : Représentation schématique des différents rôles de la protéine 53BP1 dans le choix de l’activation des mécanismes de réparation NHEJ et HR (Zimmermann et Lange, 2014)