676
SY NTH ÈSE
médecine/sciences 1 .993 ; 9 : 676-83E ugénia Lamas
Frédérique Zindy
Joëlle Sobczack
Patricia Paterlini
Jian Wang
Xavier Chenivesse
Berthold Henglein
Christian Bréchot
ADRESSE
---E . Lamas : chargée de recherche à l 'Inserm. F. Zindy : étudiante en thèse. J . Sobczack : maître de conférences des universités. P. Paterlini :A ssistant hospitalo-universitaire. J . Wang : doc teur ès sciences. X. Chenivesse : docteur ès scien ces. B. Henglein : chargé de recherche à l 'Inserm. C . Brée hot : professeur des universités, praticien hospitalier. Inserm U . 370, C H U Necker, 1 56, rue de Vaugirard, 750 1 5 Paris, France.
Cycline A et cancer
La cycline A, assoctee à la protéine kinase p34 cdc2 , est
impliquée dans la transition G2/M du cycle . Elle s'asso
cie aussi à la protéine kinase p33 cdk2 au cours de la
phase S du cycle. La cycline A participe à la formation
de complexes multimériques comprenant le facteur de
transcription E2F, la protéine kinase p33 cdk2 et la pro
téine p 1 0 7 , homologue de la p 1 10 Rb. La modification de l'expression de la cycline A dans un cancer primitif du foie
humain, due à l' insertion de l'ADN du virus de l'hépa
tite B dans le gène de cette cycline , de même que sa liai
son à l' oncoprotéine E 1A de l ' adénovirus, suggèrent
qu'elle pourrait jouer un rôle important dans la carcino genèse humaine. Les études actuelles de la cycline A font le lien entre, d'une part, la machinerie du cycle cellulaire et, d' autre part, la prolifération cellulaire et l'expression
de certains gènes à effet oncogénique ou anti-oncogéni
que . La cycline A pourrait , enfin, se révéler être un bon marqueur de cellules , plus particulièrement des cel lules tumorales . Dans cette optique , il serait intéressant
d'élargir les observations actuelles à divers types de cancer.
L
e s transitions G l iS et G2/M , événements clés du cycle cellulaire, sont contrô lées par un certain nombre de molécules régulatrices,parmi lesquelles les cyclines. Les cyclines sont les sous-unités régulatri ces d'une famille de sérine/thréonine protéine kinases regroupées actuelle ment sous le terme de kinases dépen dantes des cyclines ( cdk5) et dont le prototype a été la p34cdc2 kinase (mis n ° 1, vol. 6, p. 8) .
Des travaux récents montrent, en effet,
1 'existence d'une famille de protéine kinases apparentées à la p34cdc2 et
associées à différentes cyclines [ 1 - 1 1 ] .
Il est bien établi aujourd'hui, de la levure à l'homme , que la transi tion G2/M , contrôlant l'entrée en mitose des cellules, est réglée par l'association d 'une cycline de type B avec la protéine kinase p34 cdc2 • L 'activation de cette kinase nécessite son association physique avec la cycline et l' activité du complexe cdc2-cycline B est réglée par l'état de phosphorylation de la sous-unité cdc2 [ 2 , 3 , 1 2- 1 4] .
l'ADN, n'est pas encore élucidé chez les eucaryotes supérieurs . En revan che, chez la levure Saccharomyces cere visiae, le rôle de la p34 «1c28 - et de son équivalent p34cdc2 chez Schizosa charomyces pombe
-
dans la transi tion G l iS a été clairement montré . Chez S. cerevisiae, des cyclines G 1 (CLN 1 , 2 , 3), identifiées par des tests de complémentation, permettent l'activation de la p34cdc28 au moment où la cellule s'engage vers la phase S (star! point) [ 1 5 , 1 6] .Les cyclines A et B ont été initiale ment définies comme des protéines qui s'accumulent pendant l'inter phase, puis se dégradent brutalement durant la mitose . Ce sont des cycli nes mitotiques ; en effet, la micro injection des ARNm des cyclines A et B dans les ovocytes de xénope induit leur maturation, et leur dégradation est indispensable pour que la cellule puisse sortir de la mitose [ 1 7 , 18]. La cycline A comme la cycline B s'asso cient à la p34 cdc2 et permettent son activation [ 19] .
Cependant, ces deux types de cycli nes présentent des caractéristiques distinctes. En effet, l'accumulation de la cycline A précède celle de la cycline B ; la dégradation de la cycline A a lieu en prophase alors que la cycline B disparaît lors de la
rn;
:
l
-.
Cycline A
fi
82p34Cdc2
transition métaphase -anaphase . L' activation du complexe cycline A cdc2 apparaît plus précocement que celle du complexe cycline B-cdc2 au cours du cycle [ 1 ] . Les cyclines A et B se distinguent également par leur localisation cellulaire : la cycline A est une p rotéine essentiellement nucléaire, alors que la cycline B est cytoplasmique et migre dans le noyau au moment de la rupture de l'enve loppe nucléaire [ 20-22 ] .
U n certain nombre d'éléments suggè rent que, chez les eucaryotes supé rieurs, la cycline A, outre son rôle en mitose, pourrait intervenir à un stade plus précoce, notamment dans la phase S en se liant à la p33 cdk2, pro che mais bien distincte de la p34«1c2 [ 1 0, 23] (figure 1). En effet, nous avons montré (voir cycline A et phase S, p. 679) que la cycline A est indispen sable à la synthèse d'ADN de cellu les épithéliales normales, alors que la cycline B ne l'est pas [2 1 ] . D'autres équipes ont confirmé ces résultats dans d'autres systèmes cellulaires [22, 24] . Toutefois, il est important de préciser que la cycline A n'a pas été trouvée chez tous les eucaryotes et que son rôle ne semble pas univoque chez tous les organismes. Ainsi, chez la drosophile, des embryons déficients en cycline A suivent un cycle
cellu-Dégradation CLN1 ,2,3 (levures) Cycline E Cycline D ? Cycline C cdk2 cdk : cdk3 Autres .. .
\.
cdk4 r-_.___i ë
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Dégradation Cycline A •-
- - - • cdk2Figu re 1
.
Cyclines et cycle cellulaire. Représentation schématique des dif férentes phases du cycle cellulaire : implication de la cycline A dans les pha ses S et G2/M du cycle.laire qui s'arrête en G2 [25] . Par ail leurs, il a été suggéré, après des étu des in vitro chez le xénope , que la cycline A pourrait être impliquée dans le contrôle qui assure que l'entrée en mitose n'a lieu qu' après la fin de la phase S [26 ] .
L'implication de l a cycline A en G 1/S et S en fait une cible possible pour des agents carcinogènes. En particu lier, nous avons montré, dans un cancer primitif du foie, que l'ADN du virus de l ' hépatite B (HBV) s'intégrait dans le gène codant pour la cycline A humaine [27] . Par ail leurs, dans des cellules infectées par l'adénovirus du type 5, l'oncoprotéine virale E l A se lie à la cycline A [28] .
!
Intégration de l 'ADN du
virus de l'hépatite
8dans
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RÉFÉRENCES
1 . Minshull J, Golsteyn RS, H ill G,
Hunt T. The A- and B-type cyclin associa ted cdc2 kinases in xenopus turn on and off at different times in the ccli cycle. EMBO J 1 990 ; 9 : 2865-75.
2 . Meijcr L, Azzi L, Wang JYJ . Cyclin B targets p34<dc2 for tyrosine phosphorylation. EMBO J 199 1 ; 10 : 1 545-54.
3. Murray W, Kirschncr MW. Cyclin
synthcsis drives the carly embryonic cell cycle. Nature 1 989 ; 339 : 2 75-86.
4. Blow JJ , Nurse P. A cdc2-like protein is involved in the initiation of DNA replica tion in xenopus egg extracts. Cel/ 1 990 ; 62 : 855-62 .
5. Fang F, Newport JW. Evidence that the G 1 -S and G2-M transitions arc controllcd by different cdc2 proteins in highcr eukaryo tes . Cel/ 1 99 1 ; 66 : 7 3 1 -42.
6. Paris J , Le Guellec R, Couturier A , Le Guellec K, Omilli F, Camonis J , Mac Neill S, Philippe M. Cloning by differentiai screening of a xenopus eDNA coding for a protcin highly homologous to cdc2. Proc Nat! Acad Sei USA 1 99 1 ; 88 : 1 039-43 . 7 . Elledge SJ , Spottswood M R . A new human p34 protein kinase, cdk2, identifïed by complementation of a cdc28 mutation in Saccharomyces cerevisiae, is a homolog of xeno pus Eg1 . EMBO J 1 99 1 ; 1 0 : 2653-9. 8 . Meycrson M , Enders GH, Wu CL, Su LK, Gorka, Nelson C, Harlow E , Tsai L H . A family o f h u man cdc2-related protein kinases. EMBO J 1 992 ; 1 1 : 2909- 1 7 .
9 . Ninomiya-Tsuji J , Nomoto S , Yasuda H , Reed S I , Matsumoto K . Cloning of a human eDNA encoding a cdc2-related kinase by complementation of a budding yeast cdc28 mutation . Proc Nat! Acad Sei USA 1 99 1 ; 88 : 9006- 1 0 .
10. Tsai LH, Harlow E, Meyerson M . Iso lation of the human cdk2 gene that enco des the cyclin A and adenovirus E 1 A associated p33 kinase. Nature 1 99 1 ; 353 : 1 74-7 .
1 1 . Dalton S. Cell cycle regulation o f the human cdc2 gene. EMBO J 1 992 ; 1 1 : 1 797-804.
1 2 . Luca FC , Shibuya EK, Dohrmann CE, Ruderman JV. Both cyclin A 60 and B 97 are stable and arrest cells in M-phase, but only cyclin B 97 turns on cyclin destruction . EMBO J 1 99 1 ; 1 0 : 43 1 1 -20. HBV Cycline A 1 840 1 8 1 4 ATG-PréS2 1 ,7 kb 2,7 kb AAA AAA
Figure 2 . Cycline A (tumeur HEN}. Insertion de l'ADN du virus de l'hépa
tite B dans le deuxième intron du gène de la cycline A dans un cancer primitif du foie (tumeur HEN) . Organisation génétique des transcrits hybrides (HBV cycline A) identifiés dans la tumeur " HEN " · Les exons codants du gène
cycline A sont représentés en rouge, les régions non codantes en blanc. Le génome viral intégré est représenté en gris et, pour la partie se retrouvant dans /'ARN hybride, en couleur bistre.
C 'est précisément l'identification du site d'intégration de l'ADN de l' HBV dans une tumeur précoce du foie qui nous a permis d'isoler et de séquen cer le gène de la cycline A (B. Hen glein, soumis pour publication). Dans cette tumeur, le tissu adjacent est his tologiquement normal (nous laissant supposer un effet direct de l' HBV sur la transformation hépatocytaire). L'ADN viral est intégré dans le deuxième intron du gène de la cycline A, entraînant une surexpres sion de deux ARN hybrides, initiés au promoteur PréS2/S de l' HBV ; ces ARN comprennent les séquences PréS2 et S délétées en 3 ' , fusionnées après épissage aux exons 2-8 de la cycline A avec conservation du cadre de lecture (figure 2). Dans cette tumeur , les transcrits normaux cycline A et HBV n'ont pu être mis en évidence . La protéine potentielle ment codée par ces ARN hybrides présente des caractéristiques très inté ressantes : il s'agirait, en effet, d'une protéine chimère de 430 acides ami nés dans laquelle les 1 52 acides ami nés de la partie N-terminale sont remplacés par 1 50 acides aminés des protéines virales PréS2-S alors que, dans les deux tiers de la partie C
terminale, la séquence de la cycline A contenant la cyclin box est intacte. Les séquences responsables de la
dégrada-tion de la cycline A sont localisées dans la partie N-terminale et sont donc délétées dans la protéine chi mère. Utilisant un système de dégra dation in vitro dans les ovocytes de xénope, nous avons pu effectivement
vérifier que la protéine HBV 1
cycline A n ' est pas dégradable (figure 3). Il est cependant frappant de constater que, malgré l'expression très importante des ARN hybrides, nous n'avons pas pu détecter la pro
téine chimère . Cela peut s'expliquer soit par des modifications conforma tionnelles de la protéine empêchant sa reconnaissance aussi bien par des anticorps anti-cycline A que par des anticorps anti-PréS2/S , soit par un taux très faible d'expression [34] .
Le rôle potentiel de la protéine HBV /cycline A dans la transforma tion cellulaire est actuellement testé au laboratoire . Plusieurs hypothèses peuvent être émises pour expliquer l'implication éventuelle de la protéine chimère dans la carcinogenèse . Il est possible que cette protéine chimère non dégradable ait gardé la capacité de lier et d'activer les kinases p34cdc2 et p33 cdk2 , provoquant ainsi une synthèse d'ADN et donc une prolifé ration cellulaire prématurée et non réglée. Par ailleurs, la localisation de la cycline A pourrait être altérée par la présence des séquences virales
transmembranaire - et il est possi ble que la localisation cellulaire, plus que le taux d'expression de cette pro téine, puisse rendre compte des modi fications du phénotype . Enfin, nous avons vu que la protéine virale PréS2/S tronquée en C-terminal peut transactiver certains gènes cellulaires ; or, la partie N -terminale de la pro téine hybride inclut ce type de séquences.
1
Cycline A et phase S
De façon parallèle à ce travail, nous avons étudié l'expression de la cycline A dans des cellules épithélia les normales (hépatocytes de rat en culture primaire) au cours du cycle cellulaire. Les hépatocytes peuvent être maintenus en culture primaire pendant une période d'environ huit jours dans un milieu sans sérum, supplémenté en insuline et en dexa méthasone , en gardant une partie de leurs fonctions différenciées. Dans ces conditions, la synthèse d'ADN est fai ble. En revanche , dans un milieu sans sérum mais supplémenté en insuline, pyruvate et epidermal growth factor (EGF), elle est stimulée avec un maximum au troisième jour de cul ture . Nous avons montré que les ARN rn et la protéine de cycline A
sont uniquement détectés dans les
432
Dégradation Cyclin Box
90 432
1 52 430
N
PréS2/S Cyclin Box
hépatocytes stimulés par les facteurs de croissance. Le profil d'expression de la cycline A coïncide avec celui de la synthèse d'ADN, mesurée par 1 ' incorporation de la thymidine tri tiée , suggérant un rôle de la cycline A à la phase S du cycle cel lulaire. Afin de vérifier que ces obser vations in vitro reflétaient la situation in vivo, nous avons utilisé le modèle du foie de rat en régénération. Dans ce système, qui permet une synchro nisation partielle, les ARNm et la protéine de cycline A s'accumulent à partir de 24 heures (phase réplicative) et cela jusqu' à 32 heures (première division cellulaire) (figure 4, p. 681). Il nous a été possible de compléter cette étude par des expériences de micro injection : la micro-injection d'un plasmide contenant l'ADNe de la cycline A placé en orientation anti sens sous le contrôle d'un promoteur fort de SV 40 bloque la synthèse de l'ADN cellulaire des hépatocytes sti mulée par les facteurs de croissance . Cet effet est spécifique et n'est pas retrouvé pour la cycline B [2 1 ] . Des résultats semblables ont été obtenus après micro-injection d'anticorps anti cycline A dans des fibroblastes et des cellules HeLa [22, 24] . L'ensemble de ces résultats montre que la cycline A est nécessaire pour 1' accom plissement de la phase S dans les
cel-Protéine c Normale c L'i90 c HBV-cycline A Dégradation in vitro +
Figure 3. Structure de la protéine hybride HBV-cycline A . Représentation de la protéine chimère potentiellement codée par les transcrits hybrides dans la tumeur HEN.
Iules de mammifères en culture . La cycline A s ' associe à la p33 cdk2 ;
cette kinase est un élément régulateur important de la transition G 1/S. Le complexe cycline A-cdk2 est essentiel lement présent en phase S. Il semble donc, au moins dans les modèles de cellules de mammifères en culture , que la cycline A se lie à deux kina ses différentes, et cela en fonction des phases du cycle cellulaire [ 10, 35]. Le rôle de la cycline A en phase S sug gère qu'elle pourrait être impliquée dans la réplication de l'AD N cellu laire . Précisément, en collaboration avec F. Harper et E . Puvion, nous avons récemment observé, dans des cellules HeLa en culture, une co localisation de la cycline A et de l'antigène nucléaire de prolifération cellulaire (PCNA) au niveau de sites de synthèse de l'AD N cellulaire (identification par visualisation au microscope électronique de l'incorpo ration de bromodésoxyuridine) [36] . Ce résultat renforce notre hypothèse . Des données plus précises ont pu être obtenues par l'utilisation de systèmes acellulaires de réplication de l'ADN du virus S V 4 0 . E n p résence d'extraits cellulaires provenant de cel lules humaines en croissance expo nentielle (S- 1 00), l' antigène grand T (AgT) de SV40 permet la réplication d'un plasmide contenant l'origine de réplication de l ' AD N SV40 . Ce modèle expérimental a permis la purification , à partir des extraits cel lulaires, de plusieurs facteurs de répli cation humains agissant à différentes étapes de la réplication de 1' ADN. Les protéines actuellement identifiées et directement impliquées dans la synthèse d'ADN sont : les deux ADN polymérases ( l ' A D N polymérase a/primase et l'AD N polymérase D), la protéine de réplication A (RP-A), l'antigène nucléaire de prolifération cellulaire (PCNA), un facteur de réplication E (RFC) et les deux ADN topo-isomérases 1 et II.
680
RÉFÉRENCES
1 3 . Lorca T , Labbé JC, Dcvault A, Fes quet D, Capony JP, Cavadorc J C , Le Bouf fant F, Dorée M . Dephosphorylation of cdc2 on threonine 1 6 1 is required for cdc2 kinase inactivation and normal anaphase. EMBO J 1 992 ; 1 1 2 3 8 1 -90.
1 4. Durphy WD, Brizucla L, Beach D, Newport J . The xenopus cdc2 protein is a componcnt of M PF , a cytoplasm ic regu l a tor of mitosis. Cell 1 988 ; 54 : 423-3 1 . 1 5 . Lew Dj , Dulie V , Recel S I . Isolation of three novel human cycli n pucl + in the fission yeast Schizosaccharomyces pom.be. Nature 1 99 1 ; 3 5 1 245-8.
1 6 . C ross FR. Ccli cycle arrest causee! by C L N gene deficiency i n Saccharomyces cerevi siae resembles Start- 1 arrest and is depen dent of the m ati ng-pheromone signalling pathway. Mol Cell Biol 1 990 ; JO : 6482-90 . 1 7 . M u rray A W , Salomon MJ , K i rsch ner M W . The raie of cycli n synthesis and degradation in the con t ro l of maturation promoting factor activity. Nature 1 989 ; 339 : 280-6.
1 8 . Swenson K I , Farcll K M , Ruder man JV. The clam embryo protein cyclin A induces entry into M phase and resumption of meiosis in xenopus oocytes. Cell 1 986 ; 4 7 : 86 1 - 70.
19. Draetta G , Luca F, Wcstendorf j, Bri zuela L , Ruderman J, Beach D . cdc2 pro tien k inase is complexee! with bath cycl in A and B : evidence for proteolytic inactivation of M P F . Cell 1 989 ; 56 : 829-38. 20. P i nes .J , H u n ter T. H u man cyclins A and B l are di fferentially located in the cell and u ndergo ccli cycle-dependent nuclear transport . Cell Biol 1 99 1 ; l 1 5 : 1 - l 7 . 2 1 . Zindy F , Lamas E , Chenivesse X ,
Sobczak J , Wang J , Fesquet D , Henglcin B , Bréchot C . Cycl in A i s required i n S phase is normal epithelial cells. Bioclzem. Bioplzys Res
Commun 1 992 ; 1 82 : 1 1 44-54.
22. G i rard F , Strau sfeld U, Fernandez Lamb NJC . Cycli n A is req u i rcd for the onset of D N A replication in mammalian fibroblasts. Cell 1 99 1 ; 6 7 : 1 1 69 - 7 9 .
2 3 . P ines .J , H u n ter T . H u m an cycli n A i s adenovi rus E l A- associated protein p 6 0 a n d behaves differently from cycl in B . Nature 1 990 ; 346 : 7 60-3.
24. Pagano M , Pepperkok R , Verde F , Ansorge W , Dractta C . Cycli n A is requi red at two points in the human cell cycle .
EMBO J 1 992 ; 8 8 : 1 039-43 .
2 5 . Lehner C F , O' Farrell P H . The role of
drosophila cyclins A and B i n m i totic
con-trol. Cell 1 990 ; 6 1 535-4 7 .
2 6 . Walker D H , M ailer .JL. Role for cyclin A in the dependcncc of mitosis on completion of DNA replication . Nature
1 99 1 ; 354 : 3 1 4- 7 .
2 7 . Wang .J , Chcnivessc X , Hcnglein B , Bréchot C . Hepatitis B virus integration i n a cyclin A gene in a hcpatocellular carci noma. Nature 1 990 ; 343 : 555- 7 .
2 8 . Giordano A, Whytc P, H arlow E , Franza B R , Beach Dj r, Dractta G . A 60 kDa cdc2-associatcd polypeptide com plexes with the El A protcins in adenovirus infectee! cells. Cell 1 989 ; 58 : 98 1 -90. 29. Szumness W . Hepatocellular carcinoma and the hepatitis B virus : evidence for a causal association. Prog Med Viral 1 9 9 1 ; 24 : 40-69.
30. Kekule AS, Laner U, Meyer M, Casel rnan W H , Hofschneider P H , Kosh R . The preS2 . S region of integratcd hepatitis B virus encodes a transcriptional trans-activator. Nature 1 990 ; 343 : 457-60 .
3 1 . Arii M , Takada S , Koike K . Identifi cation of three essential regions of hepati tis B virus X protcin for trans-activation .
Oncogene 1 992 ; 7 : 39 7 -403 .
3 2 . H su T , Moray T , E t i e m bl e .J , Louise A , Trepo C , Tiollais P , Buen dia MA. Activation of c-myc by woodchuck hcpatitis virus insertion in hepatocellular car cinoma. Cell 1 988 ; 55 : 6 2 7 - 3 5 .
3 3 . Dcjean A , Bougueleret L , G rzcs chik K H , Tiollais P. Hepatitis B virus DNA integration in a sequence homologous to v crb-A and steroid receptor gene in a hepa tocellular carcinoma. Nature 1 986 ; 33 : 70- 2 .
34. Wang . J , Zindy F , Chenivesse X,
Lamas E, Henglein B , Bréchot C . Modifi cation fo cycli n A expression by hepat itis B virus DNA integration in a hepatocellular carcinoma. Oncogene 1 992 ; 7 : 653-6.
3 5 . Rosenblatt .J , G u Y, M organ DO. H uman cycli n-dependent kinase 2 is activa tee! during the S and G2 phases of the ccli cycle and associates with cycli n A. Proc Natl Acad Sei USA 1 992 ; 89 : 2824-8. 36. Sobczak .J , H arper F , Florentin Y, Zindy F , Bréchot C , Puvion E . Localisation of cyclin A at the sites of cellular DNA replication. Exp Cell Res 1 993 (sous presse). 37. D ' U rso G , M arracino R L , M ars hak DR , Roberts .J M . Ccli cycle control of DNA replication by a homologue from human cells of the p34 cdc2 protein kinase. Science 1 990 ; 250 : 786-9 1 .
capacité à activer la réplication de l'ADN dans des extraits cellulaires en G 1 , le facteur RF -S a été partielle ment purifié à partir de cellules humaines : on a montré que le RF S contient une kinase cdc2 (la p34 cdc2) et que l'étape limitant l'acti vation de la kinase cdc2 à la transi tion G l iS pourrait être son associa tion à une cycline. En effet, l'addi tion de cyclines A ou B à des extraits cellulaires en G 1 augmente 1' initiation de la réplication de l'ADN. Par ail leurs, la protéine de réplication A (R P-A) possède une sous-u nité (RPA-32) dont la phosphorylation dépend du cycle cellulaire . La phos phorylation de la RPA-32 survient au moment de la synthèse d 'ADN. Il a été montré in vitro que les complexes cycline A-cdc2 , cycline B-cdc2 et cycline A-cdk2 peuvent phosphoryler la sous-unité RPA-32 et pourraient donc être considérés comme les kina ses in vivo de la RP-A. Cependant , une autre étude montre des résultats différents, suggérant que les cdk ne sont pas indispensables à la phos phorylation de RPA-32 . En effet, cette phosphorylation et 1 'association de RPA-32 à l'origine de la réplica tion ont été observées dans un extrait cellulaire en phase S dont les cdk ont été épuisés [3 7 -39 ] . Il est également frappant de constater que , dans ces systèmes in vitro , la cycline B est détectée dans des facteurs de réplica tion alors qu 'il n'existe aucun argu ment actuellement en faveur d'un rôle de la cycline B dans la phase S du cycle cellulaire .
Malgré les discordances entre diffé rentes équipes, il semble que des kinases dépendantes des cyclines sont impliquées dans une ou plusieurs éta pes du processus de réplication de l'ADN cellulaire . Bien que son rôle ne soit pas définitivement établi , la cycline A pourrait intervenir dans cette réplication. Cependant, d'autres cyclines, les cyclines G 1 et notam ment la cycline E , pourraient égale ment participer à la réplication de l'ADN .
1
Cycline A et régulation
transcriptionnelle
avec des protéines jouant un rôle dans le contrôle de la prolifération cellulaire, telles que le facteur de transcription E2F et la protéine p l 0 7 , homologue d e l a p l lO d u rétinoblas tome . Ces complexes contenant la cycline A semblent s'accumuler spé cifiquement à la phase S du cycle cel lulaire [40] . La protéine précoce E l A de l' adénovirus de type 5 a l a capa cité d'immortaliser des cellules épithé liales normales. Les domaines néces saires à la fonction d' immortalisation d ' E l A sont également ceux qui par ticipent à la liaison d ' E l A avec des protéines cellulaires. En effet, il a été montré par immunoprécipitation que la protéine pl lO du rétinoblastome ,
la p l 07, et la cycline A se trouvent
parmi les protéines se liant à E 1 A
dans les cellules infectées par l' adé novirus [41-44] . Par ailleurs, l'étude de la transcription du gène E2 de l'adénovirus a permis d' identifier le facteur de transcription E2F et de
montrer qu'il est indispensable à cette
transcription . Depuis, des sites pou vant lier E2F ont été identifiés sur un certain nombre de promoteurs de gènes qui, pour la plupart , sont impliqués dans la transition G 1/S du cycle (c-myc, c-myb, thymidine kinase, DHFR, ADN polymérase a) [40, 45-49]. E2F réglerait 1 'expression de
ces promoteurs. La cycline A se lie à
E2F dans un complexe
spécifique-ment identifié en phase S. Ce com plexe cycline A-E2F peut être disso cié par la protéine E l A , libérant le facteur E2F. De plus, la cycline A
s'associe à la protéine p l 07 , homolo
gue de la p 1 1 0 Rb, régulateur négatif de la prolifération cellulaire . Les pro téines pl l O Rb et p l 0 7 possèdent tou tes deux un domaine de liaison (poc
ket domain) qui permet 1' association
aux oncoprotéines virales E l A , à
l'antigène grand T de SV40 et à la
protéine E 7 du pap illomavirus
humain (HPV 1 6) . Cependant, la
liaison de la p l 07 à la cycline A se
réalise grâce à un domaine intermé
diaire (spacer region) (figure 5). En revanche , la protéine p l l O Rb ne
Hépatocytes en culture primaire après hépatectomie partielle (HP) Foie en régénération
A Non traités Traités A 3 cpm x 1 02 1 �19 ADN
I:
lE
21 ncorporation I ncorporation
thymidine 3H thymidine 3H
1 2 3 4 5 1 2 3 4 5 0 1 6 24 30
Jours de culture Heures après HP
B
1 2 3 4 5 1 2 3 4 5B
0 16 20 24 26 28 30 32 kb kb 2,7 ... 2,7 ... Cycline A Cycline A 1 ,8 ... 1 ,8 ... 1 ... B2 m 1 ... B2 mc
3 2 3c
0 16 24 26 28 30 32 kb kb 55 ... Cycline A 55 ... - ... - -""'""" Cycline A682
RÉFÉRENCES
38. Dutta A, Stillman B. cdc2 family kina ses phosphorylate a human cell DNA repli cation factor, RPA, and activate DNA repli cation. EMBO J 1 992 ; 1 1 : 2 1 89-99 . 39. Fotedar R, Roberts J M . Ccli cycle regulated phosphorylation of RPA-32 occurs within the replication complex. EMBO J
1 992 ; 1 1 : 2 1 77-87.
40. Shirodkar S, Ewen M , DeCaprio JA, Morgan J , Livingston D M , Chittenden T. The transcription factor E2F interacts with the retinoblastoma product and a p 1 07-cyclin A complex in a cell cycle regu lated manner. Cel! 1 992 ; 68 : 1 57-66.
4 1 . Ewen ME, Faha B , Harlow E, Livings ton DM. Interaction of p 1 0 7 with cyclin A independent of complex formation with viral oncoproteins. Science 1 992 ; 255 : 85-7.
42. Faha B , Ewen ME, Tsai L H , Livings ton DM , Harlow E. Interaction between human cyclin A and adenovirus E l A associated p 1 07 protein. Science 1 992 ; 255 : 87-90.
43 . Giordano A, McCall C, Whyte P, Franza BR. Human cyclin A and the reti noblastoma protein interact with similar but distinguishable sequences in the adenovirus E l A gene product. On.cogen.e 1 99 1 ; 6 : 48 1 - 5 .
44. Howe J A , Bayley S T . Effects o f AdS ElA mutant viruses on the ccli cycle in rela tion to the binding of cellular proteins indu ding the retinoblastoma protein and cyclin A. Virology 1 992 ; 1 86 : 1 5-24.
45 . Hie bert SW, Blake M , Azizkhan J , Nevins J R . Role of E2F transcription fac tor in El A-mediated transactivation of cel lular genes. J Viral 1 99 1 ; 65 : 354 7-52 .
46. Hel in K, Lee JA, Vidal M, Dyson N , Harlow E, Fattey A. A eDNA encoding a pRb-binding protein with properties of the transcription factor E2F. Cel! 1 992 ; 70 : 337-50.
47. Kaelin WG, Krek W, Sellers WR, DeCaprio JA, Ajchenbaum F, Fuchs CS, Chittenden T, Li Y, Farhanam PJ , Blan nar MA, Livingston D M , Flemington EK. Expression cloning of a eDNA encoding a retinoblastoma-binding protein with E2F -like properties. Cel! 1 992 ; 70 : 3 5 1 -64. 48 . Nevins JR. A doser look at E2F. Nature 1 992 ; 358 : 3 75-6.
49 . Goodrich DW, Wang NQ, Qian YW, Lee EYHP, Lee WH. The retinoblastoma gene product regulates progression through
the G 1 phase of the ccli cycle . Cel! 1 99 1 ; 67 : 293-302.
50. Partridge JF, La Thangue NB. A deve
lopmentally regulated and tissue-dependent transcription factor complexes with the reti noblastoma gene product. EMBO J 1 99 1 ; 1 2 : 3819-2 7 .
5 1 . Weinstraub SJ , Prater C A , Dean DC . Retinoblastoma protein switches the E2F site from positive to negative element. Nature 1 992 ; 358 : 259-6 1 .
52. Hinds PW, Mittnacht S , Dulie V, Arnold A, Reed SI, Weinberg RA. Regu lation of retinoblastoma protein functions by ectopie expression of human cyclins. Cel! 1 992 ; 70 : 993-1 006.
53. Devoto S H , Mudrij M, Pines J, Hun ter T, Nevins JR. A cyclin A protein kinase complex possesses sequence-specifie DNA binding activity : p33cdk2 is a component of the E2F-cyclin A complex . Cel! 1 992 ; 68 : 1 6 1 -76.
54. Mudryj M, Devoto SH, Hiebert SW, Hunter T, Pi nes J, Nevins JR. Cell cycle regulation of the E2F transcription factor involves an interaction with cyclin A. Cel! 1 99 1 ; 65 : 1 243-53.
55. Pagano M, Draetta J, Pidde JD. Asso ciation of cdc2 kinase with the transcription factor E2F during S phase . Science 1 992 ; 255 : 1 1 44-7 .
56. Paterlini P , Suberville AM, Zindy F,
Melle J, Sonnier M, Marie JP, Dreyfus F,
Bréchot C. Cyclin expression in human hematological malignancies : a new marker of ccli proliferation. Cancer Res 1 993 ; 53 : 1 -4.
57. Xiong Y , Beach D. D type cyclins asso ciate with multiple protein kinases and the DNA replication and repair factor PCNA. Cel! 1 992 ; 71 : 505- 14.
58. Motokur T, Bloom T, Kim HG, Jupp ner H, Ruderman JV, Kronenberg H M , Arnold A. A novel cyclin encoded b y a bel-l linked candidate oncogene . Nature 1 99 1 ; 350 : 5 1 2-5.
59. Matsushime H, Ewen ME, Strom DK, Kato JY, Hanks SK, Roussel MF, Sherr CJ . Identification and properties of an aty pical catalytic subunit (p34 psK-j3 Icdk4) for mammalian D type G l cyclins. Cel! 1 992 ; 7 1 : 323-34.
60. Xiong Y, Connolly T, Futcher B , Beach D. Human D-type cyclin. Cel! 1 99 1 ; 65 : 69 1 -9.
semble pas se lier directement à la cycline A [ 43 , 44] . La fonction répressive de la croissance cellulaire de la p l l O Rb est modulée par son état de phosphorylation, qui dépend de complexes cycline-cdc2 . La pro téine Rb est hypophosphorylée en G 1 et phosphorylée en S . La forme hypophosphorylée s'associe aux onco protéines virales ainsi qu 'à des pro téines cellulaires : c-myc, n-myc, E2F, Rb binding pro teins (RBP 1 , 2 , 3 . . . ) (46-50] . L a liaison de la forme hypophosphorylée en G 1 à ces pro téines cellulaires pourrait rendre compte de la répression par la pro téine Rb de la croissance cellulaire en G 1 . En revanche, à la fin de G 1 et en phases S/G2/M , Rb est sous forme phosphorylée et inactive [ 49, 5 1 ] . Des résultats récents, rapportés par l'équipe de Nevins, suggèrent cependant que ce modèle est proba blement trop simplifié : le cou ple E2F/Rb apparaîtrait en fait en phase S et non en phase G 1 (résultats non publiés). Le rôle de la phos phorylation dans l'inactivation de Rb a été bien illustré récemment par les travaux de Hinds et al. montrant que l'expression ectopique de cycline A et de cycline E peut induire la phos phorylation et l'inactivation de Rb
(52 ] .
F inalement, la protéine kinase p33 cdk2 participe aussi au complexe spécifique en phase S , qui est donc composé de E2F/p1 07/cycline Ncdk2 . Toutes ces observations montrent que la cycline A participe à une série de complexes multimoléculaires où elle est associée à diverses protéines ayant un rôle dans la croissance cellulaire (53-55 ] .
Actuellement, l e rôle précis d e la cycline A n'est pas encore bien éta bli. Cela dit, plusieurs hypothèses peuvent être émises : il a été montré que la protéine E2F possède un domaine de liaison à l'ADN . L'asso ciation du complexe cycline A/cdk2 kinase à une protéine de liaison de l'ADN pourrait cibler la kinase vers son substrat et/ou moduler son acti vité via sa phosphorylation. De plus, puisque des complexes cycline/cdk2 phosphorylent Rb, la cycline A pour rait annuler le blocage imposé par Rb dans la progression du cycle cel lulaire. La protéine p53 étant phos phorylée par ces mêmes complexes, la
Cycline A
1
E 1 A (Adénovirus)\
s Cycline A - cdk2 p 1 07 E2F E2F1
c-myc!
Transmodulation N-myc DHFR Thymidine kinase Figure 5. Cycline A et régulation de la transcription. Illustration des liai sons de la cycline A avec la cdk2, la p 1 07 et Je facteur de transcription E2F, dans la phase S du cycle. Dissociation du complexe par l 'oncoprotéine E 1A de l 'adénovirus.cycline A pourrait également modifier la fonction de cette protéine régula trice de la croissance cellulaire .
Cycline A
comme marqueur
de la prolifération
des cellules tumorales
in vivo :
application
en oncologie
Nous avons précédemment cité plu sieurs travaux suggérant que l'expres sion de cycline A est décelable en phases G l iS et jusqu' à la phase M . Nous avons étudié l'expression de la cycline A dans des cellules tumorales en prolifération in vivo. Cette étude a été réalisée chez des malades atteints de néoplasies hématologiques de dif férents types et de cancer primitif du foie. Les taux d' ARN et de protéine ont été déterminés respectivement par les techniques de slot blot et western blot. Les résultats de cette étude mon trent qu ' il existe une très forte cor rélation entre la quantité d' ARN et protéine de cycline A, et le nombre des cellules en phases S plus G2/M (estimé par cytométrie de flux) [56] . Dans la plupart des tumeurs humai nes, le taux des cellules qui rentrent dans un cycle cellulaire est générale ment bas. De plus, ces cellules tumo rales ont été souvent considérées
comme étant arrêtées en GO. Des études récentes suggèrent, au con traire, que ces cellules sont bloquées à la transition G l iS du cycle. Ainsi, les résultats obtenus indiquent que le taux d'expression de la cycline A devrait donner une bonne estimation du nombre des cellules tumorales qui s'engagent dans une division cellu laire . L ' utilisation de la cycline A (détectée sur coupes histologiques) en tant que marqueur de la prolifération cellulaire pourrait donc être complé mentaire de celle d'autres marqueurs tels que l'antigène nucléaire de pro lifération cellulaire (PCNA) et l' anti gène Ki67 . En effet, l'identification de marqueurs adéquats pour la pro lifération cellulaire représente encore un point essentiel en oncologie .
1
Conclusions
Ces dernières années ont permis une évolution considérable des connais sances sur le cycle cellulaire et les cyclines. Il est frappant de constater la convergence de deux domaines de recherche : le cycle cellulaire et 1 'oncogenèse. En ce qui concerne les cyclines, les résultats que nous avons rapportés, ainsi que ceux obtenus pour la cycline D 1 , suggèrent que des modifications de leur expression pour raient intervenir dans certaines étapes de la carcinogenèse . Pour la
cycline D l , en effet, une accumula tion des ARN a été décrite dans des tumeurs qui sont dues soit à des translocations chromosomiques, soit à une amplification de la région 1 1 q 1 3 , o ù le gène est localisé . Récemment, une activation en cis par insertion d'un provirus du virus de Moloney a été également rapportée. Il est donc probable que, dans l'avenir, la dis ponibilité de sondes correspondant aux différents éléments du cycle per mettra de mettre en évidence d'autres réarrangements dans des tumeurs humaines et d'identifier de nouveaux marqueurs directs de la prolifération tumorale [57-60] •
Summary
Cyclin A and cancer
Cyclin A is a multifunctional pro
tein. I t associates to
p34cdk2
kinase and is thus involved in the G2/M transition of the cell cycle,
it associates also to
p33cdk2
duringthe S phase. It has been found in multimeric protein complexes which include the E2F transcrip
tion factor' the
p33 cdc2
kinase,and the Rb P107 homologue. The modified expression of cyclin A in a human liver cancer, due to the insertion of hepatitis B viral DNA within the cyclin A gene , as weil as the binding of cyclin A to the oncogenic E lA viral protein in adenovirus infected cells, might have relevant implications in human carcinogenesis. Cyclîn A provides a link between studies directed to the cel! cycle machi nery and those aiming at elucida ting the modulation of cell proli feration and the regulation of gene expression by oncogenes and growth suppressor proteins. ln addition, cyclin A might also be considered as a marker for tumor cells proliferation in oncology. In this perspective it will now be of importance to extend these obser vations to different types of cancer.