Rôles de Cdk

3.3.1 Rôle pro et anti-apoptotique dans les neurones

Cdk5 possède un rôle neuroprotecteur majeur puisqu’elle est requise pour la survie des neurones. Il a été montré que l’absence de Cdk5 sensibilise les cellules neuronales aux UV car Cdk5 a un rôle anti-apoptotique via la régulation négative de la voie c-Jun après irradiation UV (Li et al., 2002) et que la suppression de Cdk5, par un effet dominant négatif, sensibilise les neurones aux dommages induits par la CPT (Camptothécine) (O'Hare et al., 2005). Une sensibilité aux UV a également été observée dans d’autres cellules différenciées telles que les podocytes en absence de Cdk5. Dans ces cellules, il a en effet été montré que l’activation de Cdk5 par p35 et la Cycline I avait un effet positif sur la survie cellulaire (Brinkkoetter et al., 2009). De plus, Cdk5 est impliquée dans l’activation de la voie anti-apoptotique PI3K/AKT dans les neurones (Li et al., 2003).

Paradoxalement, Cdk5 dans certaines circonstances peut être pro-apoptotique. Cette situation est souvent associée au clivage de l’activateur p35 et à la nucléarisation du complexe

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Cdk5/p25. De ce fait, p35 est associée à la survie cellulaire et p25 à l’apoptose. Dans les neurones, il a été montré que Cdk5 phosphorylait ATM sur la serine 794 et que cette modification était nécessaire pour l’activation d’ATM. En effet, elle facilite la phosphorylation du site Ser1981 après traitement à la CPT, ce qui permet la réactivation du cycle cellulaire nécessaire à l’induction de l’apoptose (Tian et al., 2009). Une autre protéine de la réparation est également phosphorylée dans les neurones, il s’agit de l’endonucléase Ape1. Le traitement de cellules neuronales avec du MPP (1-méthyl-4-phényl pyridinium) entraine la phosphorylation d’Ape1 par Cdk5 sur le site Thr232. Cette phosphorylation réduit l’activité endonucléase d’Ape1, entrainant l’accumulation de sites AP dans la cellule et induisant la mort cellulaire (Huang et al., 2010). Une autre étude suggère que la phosphorylation d’Ape1 par Cdk5 sur la Thr233 augmente l’ubiquitination de la protéine dans différents types cellulaires (Busso et al., 2011). Dans ce sens il a également été montré que les irradiations de cellules neuronales aux rayons X stimulent l’expression du complexe Cdk5/p25 et augmente l’apoptose (Sun et al., 2013). La dérégulation de l’activité de Cdk5 est associée dans les neurones à la réactivation du cycle cellulaire, elle passe notamment par la phosphorylation de la protéine du Rétinoblastome (pRb). Il a en effet été montré dans des neurones de souris que la kinase Cdk5 phosphoryle la protéine pRb sur plusieurs sites et que Cdk5/p25 stimule l’activité du complexe E2F. Dans des conditions normales, la phosphorylation de pRb dans le cytoplasme ne suffit pas à activer le facteur de transcription E2F, en revanche en condition de stress, le clivage de p35 en p25 permet l’hyperphosphorylation de la protéine pRb et par conséquent l’activation d’E2F (Futatsugi et al., 2012; Hamdane et al., 2005).

De plus, le complexe Cdk5/p35 est activé par la voie ERK en réponse aux dommages causés par la mitomycine C dans les neurones, cette activation aurait un rôle sur la phosphorylation et la stabilisation de la protéine Rb et l’induction d’apoptose (Lee and Kim, 2007). L’implication de la protéine Cdk5 dans l’apoptose des neurones est en partie associé à sa capacité d’interagir avec l’histone déacétylase-1 (HDAC) qui a pour rôle de compacter l’ADN et de réprimer les gènes impliqués dans le cycle cellulaire tels que E2F et les Cyclines A et E, l’interaction de Cdk5/p25 avec l’HDAC entraine une surexpression des gènes du cycle cellulaire, et par conséquent une accumulation de dommages induisant l’apoptose (Kim et al., 2008).

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3.3.2 Conséquences pathologiques du dérèglement de l’activité Cdk5 dans les neurones

L’activation anormale du complexe Cdk5/p25 réactivant le cycle cellulaire, les dérégulations de l’expression de Cdk5 sont associées à plusieurs pathologies neurodégénératives telles que la maladie d’Alzheimer et de Parkinson (Ahn et al., 2008; Hernandez-Ortega et al., 2007). Cette réactivation passe par la phosphorylation de la protéine pRb, qui dans ces conditions peut induire de façon anormale la réplication des neurones, ces cellules dégénèrent alors par apoptose avant la mitose (Lopes and Agostinho, 2011). De plus, une activité Cdk5 anormalement élevée a été observée chez les patients atteints d’Alzheimer. Elle conduit à 1) une phosphorylation excessive de la protéine précurseur du peptide amyloïde, générant la formation d’agrégats de peptide amyloïde caractéristiques d’Alzheimer, et 2) une hyperphosphorylation de la protéine Tau, une protéine de la famille des MAPs (Microtubule Associated Protein), nécessaire pour le guidage axonal et la stabilité du cytosquelette. Tau hyperphosphorylée ne pouvant plus s’associer aux microtubules s’agrège, ces observations sont associées à la perte de mémoire et aux changements de comportements se produisant chez les patients atteints de la maladie d’alzeihmer (Lopes and Agostinho, 2011).

3.3.3 Rôles de Cdk5 dans les cellules non neuronales

L’émergence d’un rôle extraneuronal de Cdk5 vient de l’observation que le complexe Cdk5/activateur est fonctionnel dans plusieurs types de cellules non-neuronales, notamment dans les cellules pancréatiques, les monocytes, les leucocytes et myocytes, les cellules épithéliales et endothéliales, les adipocytes ou encore les ovaires de souris, et probablement d’autres types cellulaires où son activité n’a pas encore été investiguée (Arif, 2012; Contreras- Vallejos et al., 2012; Rosales and Lee, 2006). Tout comme dans les neurones, Cdk5 a été impliquée dans l’apoptose dans d’autres types cellulaires où ce processus de mort cellulaire joue un rôle dans la différenciation qui permet le remodelage des tissus. Parmi les activités extraneuronales de Cdk5, on peut citer son rôle dans l’angiogenèse, l’adhésion, la migration et la régénération cellulaire, la transcription, la sénescence, la différentiation cellulaire (Arif, 2012) et, plus récemment, dans l’activation des points de contrôle du cycle cellulaire et la réponse aux dommages (Courapied et al., 2010; Turner et al., 2008).

Lors de notre étude, nous nous sommes plus particulièrement intéressés au rôle de Cdk5 dans la prolifération cellulaire et dans la réponse aux dommages induits par un stress réplicatif et des radiations ionisantes, des processus dont le contrôle est essentiel pour éviter le développement de cancers.

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Le rôle de Cdk5 dans les cellules non neuronales en réponse aux dommages n’a été étudié que très récemment, l’un des travaux majeurs ayant permis l’identification d’un rôle de Cdk5 en réponse aux dommages est celui de Turner et al. (Turner et al., 2008) qui montre que la déplétion de Cdk5 par siARN sensibilise des cellules cancéreuses humaines aux inhibiteurs de PARP, au Cisplatine et à la CPT. L’inhibition de Cdk5 dans la lignée du sein CAL51 a également été associée à une accumulation de dommages spontanés (mesurés par la quantification des foyers H2AX) et post-irradiation (foyers Rad51), mais aucun rôle dans la signalisation et la réparation des cassures double brin n’a été identifiée après exposition aux rayons. En revanche, la mesure post irradiation de la synthèse d’ADN (RDS) a mis en évidence un défaut du point de contrôle de la phase S en absence de Cdk5, et la mesure du ratio mitotique a permis l’identification d’un défaut de l’arrêt en G2/M. En réponse aux inhibiteurs de topoisomérases, Courapied et al. ont observé une augmentation de l’activité kinase de Cdk5 dans des cellules de colon (HT29) et ils ont identifié le facteur de transcription STAT3 (Signal transducer and Activator of Transcription 3) comme étant une des cibles de Cdk5 post traitement avec un inhibiteur de topoisomérase. Cdk5 phosphoryle STAT3 sur la serine 727, cette phosphorylation étant associée avec une augmentation de la transcription de la protéine Eme1, impliquée dans la réparation des dommages à la fourche. De plus, ces travaux suggèrent que la phosphorylation sur le site 727 serait associée à une activation du point de contrôle G2/M en réduisant la phosphorylation de STAT3 sur la sérine 705 et de ce fait la transcription des gènes myc et Cycline D1 impliqués dans la progression en G2/M (Courapied et al., 2010). Les récents travaux de Hsu et al. ont également montré une phosphorylation de STAT3 Cdk5 dépendante sur la sérine 727 en absence de dommages dans des xénogreffes de souris et des cellules issues de cancer de la prostate. Ces résultats suggèrent que Cdk5 promeut par cette phosphorylation une interaction entre STAT3 et les récepteurs aux androgènes, augmentant la prolifération cellulaire (Hsu et al., 2013).

L’U612 s’intéresse au rôle de Cdk5 en réponse aux dommages depuis quelques années, notamment par l’étude du rôle de la kinase dans la régulation de l’activité de la PARP-1 et dans la réparation de l’ADN. Les travaux menés par Bolin et al. (Bolin et al., 2012) ont montré que dans des cellules HeLa, l’activité de la PARP-1 est régulée par une phosphorylation inhibitrice Cdk5 dépendante, confirmant les travaux de Gagné et al. qui avaient montré que in vitro Cdk5 phosphoryle PARP-1 sur l’une des trois serines 782, 785 et 786 (Gagné et al., 2009). De plus, la mutation de ces trois sérines réduit le recrutement de PARP-1 aux sites de dommages induits par micro-irradiation laser (Bolin et al., 2012). La même observation a été faite dans des lignées cellulaires déplétées pour Cdk5 et ce défaut

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entraîne également une réduction du recrutement de XRCC1. En revanche, la cinétique de religation des cassures simple brin est similaire dans les lignées Cdk5 déplétées et les lignées Contrôles. Ces résultats suggèrent que les dérégulations de l’activité PARP et de la réparation des cassures simple brin par la sous voie du BER dite « short patch » seraient compensées par une augmentation du recrutement de PCNA dans les cellules Cdk5 KD et une augmentation de la réparation par la sous voie dite « Long Patch ».

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