du shelterin sur les télomères; I) Les 6 sous-unités du shelterin avec POT1
montré sur l’ADN télomèrique; II) idem à I avec POT1 interagissant avec
TRF2; III) le complexe TRF2/Rap1/TIN2/TPP1/POT1; IV) Le complexe
TRF1/TIN2/TPP1/POT1; V) les 6 sous-unités du shelterin avec POT1 lié à
l’ADN télomèrique simple brin. La liaison flexible entre POT1 (DBD) et le
reste du shelterin est spéculative. D’après T de Lange et al, 2005, Genes Dev.
(c) Maintenance des télomères
(i) Généralités sur les extrémités télomèriques
Les télomères sont des structures essentielles qui coiffent les extrémités des chromosomes et les protègent contre la dégradation enzymatique, la recombinaison et les fusions interchromosomiques. Ces structures sont constituées d’une séquence répétée, TTAGGG, ainsi que d’un grand nombre de protéines associées à ces séquences comme TRF1 et TRF2 (pour TTAGGG repeat factor 1 et 2) (pour revue, (de Lange 2005)). Les extrémités des chromosomes de mammifères sont repliées sur elles-mêmes, formant une énorme boucle terminale, appelée t-loop (télomère loop) (Figure 7). Ces boucles sont créées du fait de l’insertion dans la portion double brin du télomère de l’extrémité 3’ simple brin. La formation de ces structures est permise par la présence d’extensions simples brins relativement longues chez les mammifères et par l’association avec certaines protéines télomèriques spécifiques comme TRF1 et TRF2 (Figure 8). Ces structures terminales permettent aux cellules de distinguer leurs extrémités chromosomiques des CDBs survenants ailleurs dans l’ADN, et de les protéger, entre autre, de la réparation par NHEJ. De nombreuses études ont montré que pour être fonctionnel, le télomère devait avoir une longueur minimum de répétitions TTAGGG, une extrémité 3’ simple brin intacte et des protéines télomèriques fonctionnelles. Si un de ces points n’est plus respecté, l’extrémité télomèrique est alors altérée.
La télomèrase est une transcriptase reverse qui ajoute les répétitions TTAGGG aux télomères préexistants et constitue le principal régulateur de la longueur des télomères. La télomèrase est constituée de deux sous-unités essentielles : une protéine, la sous-unité catalytique de la télomèrase (ou hTERT) et un ARN (hTR) servant de matrice lors de la fabrication de l’ADN télomèrique.
(ii) Rôle de la DNA-PK au niveau des télomères
Les extrémités de l’ADN ne doivent pas êtres reconnues comme des CDBs et paradoxalement la DNA-PK joue un rôle dans la protection des télomères. En effet, le complexe DNA-PK dans son ensemble a été retrouvé au niveau des télomères (d'Adda di Fagagna et al. 2001).
Le rôle de la DNA-PKcs dans le maintien de la longueur des télomères est controversé et semble anecdotique (Hande et al. 1999; Goytisolo et al. 2001; Espejel
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et al. 2004). Mais l’ensemble des publications s’accorde à montrer son importance en ce qui concerne la protection des télomères. En effet, une augmentation des aberrations chromosomiques et en particulier des fusions télomèriques est observée dans les MEFs déficientes pour la DNA-PKcs et les cellules rénales de souris SCID (Goytisolo et al. 2001) (Espejel et al. 2004) mais également lors d’inhibition de l’activité de la DNA-PKcs par un inhibiteur pharmacologique (Bailey et al. 2004). Seule l’équipe de Maser n’a pu observer de fusions télomériques ni de rôle de la DNA-PKcs dans la protection et le maintien des télomères (Maser et al. 2007). Récemment, Lee a observé qu’une protéine connue pour interagir avec la DNA-PK, KIP, se lie avec hTERT et augmente son activité télomèrase (Lee et al. 2004).
Collectivement, ces papiers démontrent un rôle paradoxal de 3 membres de la NHEJ dans la biologie du télomère chez le mammifère. La DNA-PKcs pourrait jouer soit un rôle structural soit un rôle enzymatique par des modifications post- traductionnelles de protéines permettant le « end capping » et donc la protection des télomères.
(d) Facteurs de transcriptions
(i) Rôle dans la transcription
Le rôle du complexe DNA-PK dans la transcription est suggéré par le fait que des extraits de cellules de hamster déficientes en Ku80 possèdent un taux de transcription 5 fois moins élevé par rapport aux mêmes cellules transformées avec Ku80 (Woodard et al. 2001). De même, des cellules déficientes pour la DNA-PKcs ou transfectées de manière stable par un siRNA dirigés contre la DNA-PKcs présentent des altérations de la transcription de certains gènes suggérant que la DNA-PKcs peut jouer un rôle dans la transcription (Ai et al. 2003; An et al. 2005).
De nombreuses études ont rapporté que Ku pourrait être un facteur de transcription qui se lierait aux promoteurs de manière séquence spécifique (Willis et al. 2002; Xu et al. 2004). L’action de Ku sur la transcription en se liant directement au promoteur de différents gènes peut être positive (gène de l’ostéocalcine, du récepteur à la transferrine, récepteur aux glucocorticoïdes, …) (Roberts et al. 1994; Warriar et al. 1996; Willis et al. 2002) ou négative (gène de Hsp70, de la xanthine oxioréductase, de l’hormone parathyroïdienne,…) (Li et al. 1995; Chung et al. 1996; Xu et al. 2004).
polymérase I probablement par la phosphorylation des composants de la machinerie de transcription par la DNA-PKcs (Woodard et al. 2001). Tandis que pour Chibazakura, la DNA-PK en phosphorylant les facteurs d’initiation de la transcription TBP et TFIIB, joue un rôle positif sur la transcription par l’ARN polymérase II (Chibazakura et al. 1997).
Cependant, malgré ces données sur le rôle direct de la DNA-PK sur la transcription de certains gènes, il semblerait que son action principale sur la transcription passe essentiellement par la phosphorylation (activatrice, inhibitrice, stabilisatrice ou déstabilisatrice) des facteurs de transcription.
(ii) Rôle dans la stabilisation des facteurs de transcription
(i) Oct-1 (Octamer transcription factor-1)
Le premier lien entre la DNA-PK et les facteurs de transcription de la famille des homéodomaines date de 2001 (Schild-Poulter et al. 2001). Shild-Poulter a en effet montré que Ku70 est capable de lier des protéines possédant un homéodomaine comme HOXC4, Oct-1 et Oct-2 (Octamer transcription factors 1 et 2) et Dlx2 in vivo et que la DNA-PK est ensuite capable de phosphoryler Oct-1. Toutefois, l’affinité et la spécificité de la DNA-PK pour ces substrats semblent modestes (Schild-Poulter et al. 2001).
Oct-1 est un facteur de transcription et les auteurs émettent l’hypothèse que cette phosphorylation par la DNA-PK pourrait modifier son activité transcriptionnelle, d’autant que lors de traitement aux radiations ionisantes, Oct-1 est exportée du noyau vers le cytoplasme et que cette redistribution n’est pas visible en l’absence de Ku70 (Schild-Poulter et al. 2001). Ils ont d’ailleurs pu observer une diminution de la transcription des cibles de Oct-1 comme H2B lors d’irradiation ainsi qu’une augmentation de l’expression d’Oct-1 quelques heures après irradiation (Schild- Poulter et al. 2003). Après RI, Oct-1 est phosphorylée sur 13 résidus en N-terminal par la DNA-PK et ces phosphorylations sont nécessaires à Oct-1 pour qu’elle augmente son expression et la survie cellulaire (Schild-Poulter et al. 2007). Oct-1 est donc stabilisée mais son activité est diminuée par la DNA-PK en réponse aux CDBs. Certains des résidus phosphorylés se trouvent dans le domaine d’interaction d’Oct-1 avec des protéines co-activatrices transcriptionnelles (domaine Q-rich) ce qui suggère que la modification des interactions d’Oct-1 avec ses coactivateurs peut être à l’origine de la modification de la transcription des gènes
cibles (Schild-Poulter et al. 2007).
(ii) PDX-1 (Pancreatic Duodenal Homeobox-1 Protein)
PDX-1, un facteur de transcription impliqué dans le développement pancréatique et possédant lui aussi un homéodomaine est également capable de se lier à Ku70 et à Ku80 et d’être phosphorylé par la DNA-PK sur sa thréonine 11 en réponse aux dommages de l’ADN induits par les radiations ionisantes et les UV (Lebrun et al. 2005). ATR et ATM ne sont pas impliqués dans la phosphorylation de PDX-1 après UV contrairement à la DNA-PK dont l’inhibition corrèle avec la diminution de la forme phosphorylée de PDX-1 (Lebrun et al. 2005). Cette phosphorylation ne modifie ni la liaison de PDX-1 sur deux de ses promoteurs cibles, l’insuline et la glucokinase ni son activité transcriptionnelle en présence ou en absence d’UV dans les premières heures. Cependant, à partir de 5 h après traitement aux UV, l’expression totale de la protéine PDX-1 commence à diminuer. Cette diminution est causée par la dégradation protéasome-dépendante de la forme phosphorylée de PDX-1 et une diminution de la transcription de l’insuline, de Glut2, de la glucokinase, gènes cibles de PDX-1 est observée au niveau de leur ARNm (Lebrun et al. 2005). Cette diminution est reversée lors de l’utilisation d’un mutant de phosphorylation de PDX-1 par la DNA-PK. L’effet de la DNA-PK est donc de contrôler la dégradation de PDX-1 via sa phosphorylation.
(iii) IRF-3 (Interferon Regulatory Factor 3)
L’IRF-3 (interferon regulatory factor 3) est un facteur de transcription qui joue un rôle central dans la réponse à l’infection virale, par exemple en induisant l’IFNα et l’IFNβ. DNA-PK phosphoryle IRF-3 sur la thréonine 135 en réponse à une infection virale, ce qui a pour conséquence d’augmenter son expression en diminuant son export nucléaire et sa dégradation par le protéasome dans le cytoplasme (Karpova et al. 2002). IRF-3 entraîne la transcription des IFNα et IFNβ qui vont induire un état anti-viral, inhiber la prolifération cellulaire et même induire l’apoptose des cellules infectées. De plus, l’activité kinase de la DNA-PK augmente dans les premières heures après infection par le virus ce qui indique un possible rôle de la DNA-PK dans la réponse à l’infection virale (Karpova et al. 2002).