Régulation du cycle cellulaire

L’ADN contenu dans chacune de nos cellules est constamment soumis à des stress exogènes et endogènes susceptibles de créer des dommages. Afin de garantir une transmission équitable du matériel génétique et cytoplasmique lors de la division cellulaire, le cycle cellulaire est régulé par des mécanismes internes et externes au niveau de points de contrôle bien précis.

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1. Les points de contrôle du cycle cellulaire

Un point de contrôle représente un moment critique du cycle cellulaire au cours duquel un stimulus dicte l’arrêt ou la poursuite de la progression dans le cycle. On peut distinguer le point de contrôle à la transition G1/S, le point de contrôle intra-S, le point de contrôle à la transition G2/M, et le point de contrôle d’assemblage du fuseau mitotique (Bartek and Lukas, 2007).

L’activation d’un point de contrôle suite à l’apparition de lésions au niveau de l’ADN entraine le ralentissement voire un arrêt de la progression dans le cycle, ce qui permet de limiter le risque de transmettre des mutations géniques aux cellules filles, et augmente les chances de survie de la cellule mère (Hartwell and Weinert, 1989).

2. Activation de la voie de détection et de réparation des dommages de l’ADN

La présence d’un dommage de l’ADN est reconnue par des protéines senseurs. Elles vont conduire au recrutement de protéines médiatrices du signal. Puis ce signal est amplifié au niveau des protéines transductrices et effectrices, et provoque diverses réponses cellulaires (Jackson and Bartek, 2009).

Après cassure de l’ADN, les kinases ATM (Ataxia Telangiectasia Mutated) et ATR (ATM and Rad3 Related) de la famille des PI(3)K (phosphatidyl-inositol-3-OH kinase) sont les senseurs qui initient la cascade de détection et de réparation des dommages de l’ADN. La kinase ATM est activée après cassure de l’ADN, et notamment suite à des cassure double brin de l’ADN, alors que l’activation de la kinase ATR est consécutive à des cassures simple brin de l’ADN mais aussi à des blocages de fourches de réplication ou une vitesse de réplication inadaptée, même sans cassure de l’ADN. Comme de nombreux stress cellulaires entrainent à la fois des cassures et des ralentissements ou des blocages de fourches réplicatives, les kinases ATM et ATR

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coopèrent dans de nombreuses réponses cellulaires au sein des points de contrôle (Abraham, 2001; Niida and Nakanishi, 2006).

Dans des cellules non stressées, ATM est présent sous une forme inactive homodimérique, dans laquelle le domaine kinase est bloqué par un domaine de la protéine à proximité de la sérine 1981. Suite à une cassure double brin de l’ADN, ATM subit un changement de conformation qui entraine son autophosphorylation sur le résidu 1981 et la dissociation des homodimères. ATM se retouve donc activé sous forme monomérique, et peut phosphoryler ses substrats nucleoplasmiques (comme p53) ou au niveau du site de cassure (comme NBS1, BRCA1 ou SMC1). Le changement de conformation qui initie l’activation d’ATM ne nécessite pas la liaison d’ATM au site de cassure, mais est le résultat d’un changement de structure de la chromatine qui est détecté par ATM à distance de la lésion (Bakkenist and Kastan, 2003). Une fois activé, ATM doit se rendre à proximité de ses substrats, notamment au niveau de la cassure de l’ADN. Le recrutement d’ATM au niveau du site de la cassure dépend notamment de la phosphorylation de l’histone H2AX en position γ (correspondant à la sérine 139), au niveau de la lésion, et de part et d’autre, sur plusieurs mégabases. γ H2AX constitue une plateforme de recrutement permettant la formation de complexes protéiques nécessaires à l’arrêt de la progression dans le cycle cellulaire et à la réparation des dommages (Kastan and Lim, 2000).

L’activation d’ATR au niveau du point de contrôle de phase S passe par son recrutement sur l’ADNsb, via son interaction avec son co-facteur ATRIP (ATR Interacting Protein) et RPA (Replication Protein A) (Liu et al., 2011). ATR est indispensable à la survie cellulaire, même en absence de dommages de l’ADN (Brown and Baltimore, 2000) . De façon plus générale, ATR est activée en réponse à tout type de stress qui a des répercussions sur la vitesse des fourches de réplication (condition d’hypoxie, inhibiteurs de la réplication de l’ADN, irradiations ultra- violettes, agents alkylants, etc…), et pourrait compenser en partie ATM (Murga et al., 2009). ATR est complexée avec ATRIP, en condition non stressée ou en condition de cassures simples brins de l’ADN (Cortez et al., 2001). Cependant, lors de lésion simple de l’ADN, les extrémités simples brins vont être protégées par la fixation de protéines RPA qui vont stimuler la fixation d’ATRIP au niveau de la cassure, permettant ainsi à ATR de se trouver à proximité de ses substrats au niveau de la cassure (Ball et al., 2005; Zou and Elledge, 2003).

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La transduction du signal en aval d’ATM et d’ATR se fait grâce à l’activation de protéines médiatrices, respectivement la kinase Chk2 (Checkpoint kinase 2) et Chk1 (Checkpoint kinase 1). Ces kinases vont alors phosphoryler leurs nombreux substrats responsables de l’amplification du signal et de nombreuses réponses cellulaires, soit des protéines impliquées dans la régulation du cycle cellulaire, la réparation de la cassure, ou dans l’initiation de la mort cellulaire (figure 6).

Figure 6: Représentation schématique de la cascade de détection et de réparation des dommages de l’ADN (Sulli et al., 2012).

Ainsi, lorsqu’une cellule est engagée dans le cycle cellulaire, elle progresse dans le cycle jusqu’à la formation de deux cellules filles. Mais les mécanismes de détections des lésions de l’ADN peuvent entrainer un délai transitoire dans cette progression à la fin de la phase G1, pendant la phase S, à la fin de la phase G2, ou même un arrêt prolongé en G1 ou G2, avant l’entrée en phase S ou mitose respectivement. Ces mécanismes passent en partie par l’inactivation des phosphatases CDC25 et des complexes CDK-cyclines, par séquestration ou

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dégradation, et sont indispensables au maintien de la stabilité génétique (Donzelli and Draetta, 2003).

II. Importance de la protéine checkpoint kinase 1 dans la régulation du

cycle cellulaire

Comme nous l’avons vu, la progression dans le cycle cellulaire est régulée très finement par un ensemble de points de contrôle. Un acteur majeur du cycle cellulaire participe à la mise en place et la terminaison de tous ces points de contrôle, la protéine Checkpoint kinase 1, ou Chk1 (Zhang et al., 2005, 2009b).