12C6+束和Mitomycin C 诱导的DNA损伤效应

本文旨在分别研究重离子束及MMC在诱导细胞的DNA损伤效应中一些具体的分子机制，为治疗的进行以及相关辅助药物的开发提供理论依据。本文探索的重点有两个，第一个是重离子束辐射诱导的DNA损伤效应及p53在其中的激活，第二个是MMC诱导的DNA损伤效应及p53和BRCA1、H2AX等分子在其中的角色。 1. 12C6+离子束诱导HeLa细胞DNA损伤效应为了研究HeLa细胞经过12C6+ 束辐照之后的DNA损伤效应，及这个过程中p53激活的分子机制。我们运用中性单细胞电泳技术，检测了HeLa细胞经过4Gy 12C6+ 束辐照0h、3h、6h和12h之后DNA的损伤情况，以及0.5Gy、1Gy、2Gy和4Gy 12C6+ 束辐照0h后的DNA损伤情况。同时运用细胞生长实时监测仪监测了HeLa细胞在经过0Gy、0.5Gy和1Gy 12C6+ 束辐照之后的生长变化，并运用AO/EB双染检测了辐照24小时后的凋亡情况。另外，利用8mmol/L的caffeine（抑制ATM和ATR）和20μmol/L的wortmannin（抑制ATM和DNA-PK）处理HeLa细胞后再进行1Gy 12C6+ 束辐照，通过western blot检测p53的表达。结果显示，12C6+ 束辐照可造成HeLa细胞的DNA损伤，损伤随剂量升高而升高但随时间降低；并诱导HeLa细胞发生凋亡；而且辐照后p53表达升高，但经过caffeine或者wortmannin预先处理的细胞p53均没有显著升高。我们的结论是：12C6+ 束辐照可造成HeLa细胞的DNA损伤并诱导损伤修复及凋亡等效应，损伤效应相关的分子p53被激活，并且激活依赖于ATM。 2. MMC诱导的DNA损伤效应在这一部分研究中，首先，我们利用与上面相同的研究方法，探讨了p53在MMC诱导的DNA损伤效应中的激活情况，结果显示，MMC诱导的DNA损伤效应并不依赖于p53。另外，我们还探讨了， BRCA1在FANCD2的γ-H2AX依赖性转移中的作用。MMC可造成DNA的ICL（interstrand cross-link）损伤，ICL可通过FA(Fanconi Anemia)通路进行修复。FANCD2是FA通路的核心分子，在DNA产生ICL时被各种分子修饰然后转移到损伤部分，这个过程的涉及到ATR、γ-H2AX及BRCA1等，本文试图探讨BRCA1在其中的作用方式。研究中，我们监测了不同处理（包括对照、caffeine（可抑制ATR）、MMC及MMC ＋caffeine）的HCC1937(BRCA1缺陷型)和MCF7（BRCA1野生型）细胞的生长；并用Western blot检测MMC处理之后HCC1937细胞γ-H2AX的表达情况。结果表明，MMC和caffeine均可以抑制HCC1937的生长，但caffeine和MMC+caffeine的抑制效果是一样的；MMC和caffeine均可以抑制MCF7的生长，且MMC+caffeine处理比仅进行caffeine处理的抑制作用强；MMC处理之后，HCC1937的γ-H2AX表达显著升高。我们的结论是，在FANCD2的γ-H2AX依赖性转移中，H2AX的磷酸化并不依赖于BRCA1，不过，BRCA1和ATR应该参与一个相同的分子事件，可能是FANCD2的磷酸化。这个有待进一步的实验验证

Yeast screens identify the RNA polymerase II CTD and SPT5 as relevant targets of BRCA1 interaction.

BRCA1 has been implicated in numerous DNA repair pathways that maintain genome integrity, however the function responsible for its tumor suppressor activity in breast cancer remains obscure. To identify the most highly conserved of the many BRCA1 functions, we screened the evolutionarily distant eukaryote Saccharomyces cerevisiae for mutants that suppressed the G1 checkpoint arrest and lethality induced following heterologous BRCA1 expression. A genome-wide screen in the diploid deletion collection combined with a screen of ionizing radiation sensitive gene deletions identified mutants that permit growth in the presence of BRCA1. These genes delineate a metabolic mRNA pathway that temporally links transcription elongation (SPT4, SPT5, CTK1, DEF1) to nucleopore-mediated mRNA export (ASM4, MLP1, MLP2, NUP2, NUP53, NUP120, NUP133, NUP170, NUP188, POM34) and cytoplasmic mRNA decay at P-bodies (CCR4, DHH1). Strikingly, BRCA1 interacted with the phosphorylated RNA polymerase II (RNAPII) carboxy terminal domain (P-CTD), phosphorylated in the pattern specified by the CTDK-I kinase, to induce DEF1-dependent cleavage and accumulation of a RNAPII fragment containing the P-CTD. Significantly, breast cancer associated BRCT domain defects in BRCA1 that suppressed P-CTD cleavage and lethality in yeast also suppressed the physical interaction of BRCA1 with human SPT5 in breast epithelial cells, thus confirming SPT5 as a relevant target of BRCA1 interaction. Furthermore, enhanced P-CTD cleavage was observed in both yeast and human breast cells following UV-irradiation indicating a conserved eukaryotic damage response. Moreover, P-CTD cleavage in breast epithelial cells was BRCA1-dependent since damage-induced P-CTD cleavage was only observed in the mutant BRCA1 cell line HCC1937 following ectopic expression of wild type BRCA1. Finally, BRCA1, SPT5 and hyperphosphorylated RPB1 form a complex that was rapidly degraded following MMS treatment in wild type but not BRCA1 mutant breast cells. These results extend the mechanistic links between BRCA1 and transcriptional consequences in response to DNA damage and suggest an important role for RNAPII P-CTD cleavage in BRCA1-mediated cancer suppression.

Elevated expression of Runx2 as a key parameter in the etiology of osteosarcoma

To understand the molecular etiology of osteosarcoma, we isolated and characterized a human osteosarcoma cell line (OS1). OS1 cells have high osteogenic potential in differentiation induction media. Molecular analysis reveals OS1 cells express the pocket protein pRB and the runt-related transcription factor Runx2. Strikingly, Runx2 is expressed at higher levels in OS1 cells than in human fetal osteoblasts. Both pRB and Runx2 have growth suppressive potential in osteoblasts and are key factors controlling competency for osteoblast differentiation. The high levels of Runx2 clearly suggest osteosarcomas may form from committed osteoblasts that have bypassed growth restrictions normally imposed by Runx2. Interestingly, OS1 cells do not exhibit p53 expression and thus lack a functional p53/p21 DNA damage response pathway as has been observed for other osteosarcoma cell types. Absence of this pathway predicts genomic instability and/or vulnerability to secondary mutations that may counteract the anti-proliferative activity of Runx2 that is normally observed in osteoblasts. We conclude OS1 cells provide a valuable cell culture model to examine molecular events that are responsible for the pathologic conversion of phenotypically normal osteoblast precursors into osteosarcoma cells.

A molecular model for drug binding to tandem repeats of telomeric G-quadruplexes.

The extreme 3'-ends of human telomeres consist of 150–250 nucleotides of single-stranded DNA sequence together with associated proteins. Small-molecule ligands can compete with these proteins and induce a conformational change in the DNA to a four-stranded quadruplex arrangement, which is also no longer a substrate for the telomerase enzyme. The modified telomere ends provide signals to the DNA-damage-response system and trigger senescence and apoptosis. Experimental structural data are available on such quadruplex complexes comprising up to four telomeric DNA repeats, but not on longer systems that are more directly relevant to the single-stranded overhang in human cells. The present paper reports on a molecular modelling study that uses Molecular Dynamics simulation methods to build dimer and tetramer quadruplex repeats. These incorporate ligand-binding sites and are models for overhang–ligand complexes.

Kruppel-associated Box (KRAB)-associated co-repressor (KAP-1) Ser-473 phosphorylation regulates heterochromatin protein 1β (HP1-β) mobilization and DNA repair in heterochromatin

The DNA damage response encompasses a complex series of signaling pathways that function to regulate and facilitate the repair of damaged DNA. Recent studies have shown that the repair of transcriptionally inactive chromatin, named heterochromatin, is dependent upon the phosphorylation of the co-repressor, Krüppel-associated box (KRAB) domain-associated protein (KAP-1), by the ataxia telangiectasia-mutated (ATM) kinase. Co-repressors, such as KAP-1, function to regulate the rigid structure of heterochromatin by recruiting histone-modifying enzymes, such HDAC1/2, SETDB1, and nucleosome-remodeling complexes such as CHD3. Here, we have characterized a phosphorylation site in the HP1-binding domain of KAP-1, Ser-473, which is phosphorylated by the cell cycle checkpoint kinase Chk2. Expression of a nonphosphorylatable S473A mutant conferred cellular sensitivity to DNA-damaging agents and led to defective repair of DNA double-strand breaks in heterochromatin. In addition, cells expressing S473A also displayed defective mobilization of the HP1-ß chromodomain protein. The DNA repair defect observed in cells expressing S473A was alleviated by depletion of HP1-ß, suggesting that phosphorylation of KAP-1 on Ser-473 promotes the mobilization of HP1-ß from heterochromatin and subsequent DNA repair. These results suggest a novel mechanism of KAP-1-mediated chromatin restructuring via Chk2-regulated HP1-ß exchange from heterochromatin, promoting DNA repair.

Single-stranded DNA-binding protein hSSB1 is critical for genomic stability

Single-strand DNA (ssDNA)-binding proteins (SSBs) are ubiquitous and essential for a wide variety of DNA metabolic processes, including DNA replication, recombination, DNA damage detection and repair. SSBs have multiple roles in binding and sequestering ssDNA, detecting DNA damage, stimulating nucleases, helicases and strand-exchange proteins, activating transcription and mediating protein-protein interactions. In eukaryotes, the major SSB, replication protein A (RPA), is a heterotrimer. Here we describe a second human SSB (hSSB1), with a domain organization closer to the archaeal SSB than to RPA. Ataxia telangiectasia mutated (ATM) kinase phosphorylates hSSB1 in response to DNA double-strand breaks (DSBs). This phosphorylation event is required for DNA damage-induced stabilization of hSSB1. Upon induction of DNA damage, hSSB1 accumulates in the nucleus and forms distinct foci independent of cell-cycle phase. These foci co-localize with other known repair proteins. In contrast to RPA, hSSB1 does not localize to replication foci in S-phase cells and hSSB1 deficiency does not influence S-phase progression. Depletion of hSSB1 abrogates the cellular response to DSBs, including activation of ATM and phosphorylation of ATM targets after ionizing radiation. Cells deficient in hSSB1 exhibit increased radiosensitivity, defective checkpoint activation and enhanced genomic instability coupled with a diminished capacity for DNA repair. These findings establish that hSSB1 influences diverse endpoints in the cellular DNA damage response.

Downregulation of the Wnt inhibitor CXXC5 predicts a better prognosis in acute myeloid leukemia

The gene CXXC5 on 5q31 is frequently deleted in acute myeloid leukemia (AML) with del(5q), suggesting that inactivation of CXXC5 might play a role in leukemogenesis. Here, we investigated the functional and prognostic implications of CXXC5 expression in AML. CXXC5 mRNA was downregulated in AML with MLL rearrangements, t(8;21) and GATA2 mutations. As a mechanism of CXXC5 inactivation, we found evidence for epigenetic silencing by promoter methylation. Patients with CXXC5 expression below the median level had a lower relapse rate (45% vs 59%; P = .007) and a better overall survival (OS, 46% vs 28%; P < .001) and event-free survival (EFS, 36% vs 21%; P < .001) at 5 years, independent of cytogenetic risk groups and known molecular risk factors. In gene-expression profiling, lower CXXC5 expression was associated with upregulation of cell-cycling genes and codownregulation of genes implicated in leukemogenesis (WT1, GATA2, MLL, DNMT3B, RUNX1). Functional analyses demonstrated CXXC5 to inhibit leukemic cell proliferation and Wnt signaling and to affect the p53-dependent DNA damage response. In conclusion, our data suggest a tumor suppressor function of CXXC5 in AML. Inactivation of CXXC5 is associated with different leukemic pathways and defines an AML subgroup with better outcome.

The Nuclear Oncogene SET Controls DNA Repair by KAP1 and HP1 Retention to Chromatin

Cells experience damage from exogenous and endogenous sources that endanger genome stability. Several cellular pathways have evolved to detect DNA damage and mediate its repair. Although many proteins have been implicated in these processes, only recent studies have revealed how they operate in the context of high-ordered chromatin structure. Here, we identify the nuclear oncogene SET (I2PP2A) as a modulator of DNA damage response (DDR) and repair in chromatin surrounding double-strand breaks (DSBs). We demonstrate that depletion of SET increases DDR and survival in the presence of radiomimetic drugs, while overexpression of SET impairs DDR and homologous recombination (HR)-mediated DNA repair. SET interacts with the Kruppel-associated box (KRAB)-associated co-repressor KAP1, and its overexpression results in the sustained retention of KAP1 and Heterochromatin protein 1 (HP1) on chromatin. Our results are consistent with a model in which SET-mediated chromatin compaction triggers an inhibition of DNA end resection and HR.

Variations in the Processing of DNA Double-Strand Breaks Along 60-MeV Therapeutic Proton Beams

PURPOSE: To investigate the variations in induction and repair of DNA damage along the proton path, after a previous report on the increasing biological effectiveness along clinically modulated 60-MeV proton beams.

METHODS AND MATERIALS: Human skin fibroblast (AG01522) cells were irradiated along a monoenergetic and a modulated spread-out Bragg peak (SOBP) proton beam used for treating ocular melanoma at the Douglas Cyclotron, Clatterbridge Centre for Oncology, Wirral, Liverpool, United Kingdom. The DNA damage response was studied using the 53BP1 foci formation assay. The linear energy transfer (LET) dependence was studied by irradiating the cells at depths corresponding to entrance, proximal, middle, and distal positions of SOBP and the entrance and peak position for the pristine beam.

RESULTS: A significant amount of persistent foci was observed at the distal end of the SOBP, suggesting complex residual DNA double-strand break damage induction corresponding to the highest LET values achievable by modulated proton beams. Unlike the directly irradiated, medium-sharing bystander cells did not show any significant increase in residual foci.

CONCLUSIONS: The DNA damage response along the proton beam path was similar to the response of X rays, confirming the low-LET quality of the proton exposure. However, at the distal end of SOBP our data indicate an increased complexity of DNA lesions and slower repair kinetics. A lack of significant induction of 53BP1 foci in the bystander cells suggests a minor role of cell signaling for DNA damage under these conditions.

When the guardian becomes the enemy, targeting ATM in PTEN deficient cancers

Ataxia Telangiectasia Mutated (ATM) is an important signalling molecule in the DNA damage response and inhibitors of ATM are under clinical development. We identified a synthetic lethal interaction between ATM inhibition and Phosphatase and tensin homolog (PTEN) loss which was the result of increased oxidative stress. Inhibition of ATM therefore represents a novel strategy to target PTEN associated cancers.

Rôle du gène Polycomb BMI1 dans le maintien et la radiorésistance des cellules souches cancéreuses

Le glioblastome multiforme (GBM) est la tumeur cérébrale la plus commune et létale chez l’adulte. Malgré les avancés fulgurantes dans la dernière décennie au niveau des thérapies contre le cancer, le pronostique reste inchangé. Le manque de spécificité des traitements est la cause première de la récurrence de cette tumeur. Une meilleure compréhension au niveau des mécanismes moléculaires et biologiques de cette tumeur est impérative. La découverte des cellules souches cancéreuses (CD133+) au niveau du GBM offre une nouvelle opportunité thérapeutique contre cette tumeur. Effectivement, les cellules CD133+ seraient responsables de l’établissement, le maintien et la progression du GBM. De plus, elles sont également la cause de la résistance du GBM faces aux traitements de radiothérapies. Ces cellules représentent une cible de choix dans le but d’éradiquer le GBM. L’oncogène BMI1 a été associé à plusieurs types de tumeurs et est également essentielle au maintien de différentes populations de cellules souches normales et cancéreuses. Une forte expression de BMI1 est observée au niveau du GBM et plus précisément, un enrichissement préférentiel de cette protéine est noté au niveau des cellules CD133+. L’objectif principal de cette thèse est d’évaluer le rôle potentiel de BMI1 dans le maintien et la radiorésistance des cellules souches cancéreuses (CSC), CD133+ du GBM. La fonction principale de BMI1 est la régulation négative du locus INK4A/ARF. Ce locus est impliqué dans l’activation de deux voies majeurs anti-tumorales : P53 et RB. Or, la perte de BMI1 induit in vitro une diminution des capacités prolifératives, une augmentation de la différentiation et de l’apoptose, ainsi qu’une augmentation de la radiosensibilité des CSC du GBM indépendamment de la présence du locus INK4A/ARF. Effectivement, deux tumeurs sur trois possèdent une délétion de ce locus, ce qui suggère que BMI1 possède d’autre(s) cible(s) transcriptionnelle(s). Parmi ces nouvelles cibles ont retrouve la protéine P21, un régulateur négatif du cycle cellulaire. De plus, la perte de BMI1 inhibe l’établissement d’une tumeur cérébrale lors d’études de xénogreffe chez la souris NOD/SCID. Également, une nouvelle fonction de BMI1 indépendante de son activité transcriptionnel a été démontrée. Effectivement, suite à l’induction d’un bris double brin (BDB) de l’ADN, BMI1 est rapidement recruté au niveau de la lésion et influence le recrutement des protéines de reconnaissance du dommage à l’ADN. La perte de BMI1 mène à un défaut au niveau de la reconnaissance et la réparation de l’ADN, alors que sa surexpression induit plutôt une augmentation de ces mécanismes et procure une radiorésistance. Ces résultats décrivent pour la première fois l’importance de BMI1 au niveau du maintien, de l’auto-renouvellement et la radiorésistance des CSC du GBM. Ainsi, ces travaux démontrent que la protéine BMI1 représente une cible thérapeutique de choix dans le but d’éradiquer le GBM, une tumeur cérébrale létale.

Bcl-xL regulation and function in cell cycle checkpoints and progression

Quelques évidences suggèrent que Bcl-xL, un membre anti-apoptotique de la famille Bcl-2, possède également des fonctions au niveau du cycle cellulaire et de ses points-contrôle. Pour étudier la régulation et fonction de Bcl-xL au cours du cycle cellulaire, nous avons généré et exprimé dans des cellules humaines une série de mutants de phosphorylation incluant Thr41Ala, Ser43Ala, Thr47Ala, Ser49Ala, Ser56Ala, Ser62Ala et Thr115Ala. L'analyse de cette série de mutants révèle que les cellules exprimant Bcl-xL(Ser62Ala) sont moins stables au point-contrôle G2 du cycle cellulaire comparées aux cellules exprimant le type sauvage ou les autres mutants de phosphorylation incluant Thr41Ala, Ser43Ala, Thr47Ala, Ser56Ala et Thr115Ala. Les études de cinétiques de phosphorylation et de localisation de phospho-Bcl-xL(Ser62) dans des cellules synchronisées et suite à l'activation du point-contrôle en G2 médié par l'étoposide (VP16), nous indiquent que phospho-Bcl-xL(Ser62) migre dans les corps nucléolaires durant l'arrêt en G2 dans les cellules exposées au VP16. Une série d'expériences incluant des essais kinase in vitro, l'utilisation d'inhibiteurs pharmacologiques et d'ARN interférant, nous révèlent que Polo kinase 1 (PLK1) et MAPK9/JNK2 sont les protéines kinase impliquées dans la phosphorylation de Bcl-xL(Ser62), et pour son accumulation dans les corps nucléolaires pendant le point-contrôle en G2. Nos résultats indiquent que durant le point-contrôle en G2, phospho-Bcl-xL(Ser62) se lie et se co-localise avec CDK1(CDC2), le complexe cycline-kinase qui contrôle l'entrée en mitose. Nos résultats suggèrent que dans les corps nucléolaires, phospho-Bcl-xL(Ser62) stabilise l'arrêt en G2 en séquestrant CDK1(CDC2) pour retarder l'entrée en mitose. Ces résultats soulignent également que les dommages à l'ADN influencent la composition des corps nucléolaires, structure nucléaire qui émerge maintenant comme une composante importante de la réponse aux dommages à l'ADN. Dans une deuxième étude, nous décrivons que les cellules exprimant le mutant de phosphorylation Bcl-xL(Ser62Ala) sont également plus stables au point-contrôle de l'assemblage du fuseau de la chromatine (SAC) suite à une exposition au taxol, comparées aux cellules exprimant le type sauvage ou d'autres mutants de phosphorylation de Bcl-xL, incluant Thr41Ala, Ser43Ala, Thr47Ala, Ser56Ala. Cet effet est indépendent de la fonction anti-apoptotique de Bcl-xL. Bcl-xL(Ser62) est fortement phosphorylé par PLK1 et MAPK14/SAPKp38α à la prométaphase, la métaphase et à la frontière de l'anaphase, et déphosphorylé à la télophase et la cytokinèse. Phospho-Bcl-xL(Ser62) se trouve dans les centrosomes avec γ-tubuline, le long du fuseau mitotique avec la protéine moteure dynéine et dans le cytosol mitotique avec des composantes du SAC. Dans des cellules exposées au taxol, phospho-Bcl-xL(Ser62) se lie au complexe inhibiteur CDC20/MAD2/BUBR1/BUB3, alors que le mutant Bcl-xL(Ser62Ala) ne se lie pas à ce complexe. Ces résultats indiquent que durant le SAC, la phosphorylation de Bcl-xL(Ser62) accélère la résolution du SAC et l'entrée des cellules en anaphase. Des expériences bloquant l'expression de Bcl-xL révèlent ègalement un taux très élevé de cellules tétraploïdes et binuclées après un traitement au nocodazole, consistant avec une fonction de Bcl-xL durant la mitose et dans la stabilité génomique. Dans la troisième étude, l'analyse fonctionnelle de cette série de mutants de phosphorylation indique également que les cellules exprimant Bcl-xL(Ser49Ala) sont moins stables durant le point-contrôle G2 et entre en cytokinèse plus lentement dans des cellules exposées aux inhibiteurs de la polymérisation/dépolymérisation des tubulines, composantes des microtubules. Ces effets de Bcl-xL(Ser49Ala) sont indépendents de sa fonction anti-apoptotique. La phosphorylation de Bcl-xL(Ser49) est dynamique au cours du cycle cellulaire. Dans des cellules synchronisées, Bcl-xL(Ser49) est phosphorylé en phase S et G2, déphosphorylé à la prométaphase, la métaphase et à la frontière de l'anaphase, et re-phosphorylé durant la télophase et la cytokinèse. Au cours du point-contrôle G2 induit par les dommages à l'ADN, un pool important de phospho-Bcl-xL(Ser49) se trouve aux centrosomes, un site important pour la régulation de l'entrée en mitose. Durant la télophase et la cytokinèse, phospho-Bcl-xL(Ser49) se trouve le long des microtubules avec la protéine moteure dynéine et dans le cytosol mitotique. Finalement, nos résultats suggèrent que PLK3 est responsable de la phosphorylation de Bcl-xL(Ser49), une protéine kinase impliquée pour l'entrée des cellules en mitose et pour la progression de la mitose jusqu'à la division cellulaire.

Rôle des centrosomes dans la régulation du point de contrôle en G2/M en réponse aux dommages à l'ADN

Les centrosomes sont les centres organisateurs des microtubules et jouent un rôle crucial dans l’organisation du fuseau bipolaire pendant la mitose. Plus récemment, le rôle des centrosomes dans la régulation de l’entrée en mitose a été mis en évidence. Les centrosomes semblent également contribuer à l’activation du point de contrôle en G2/M en réponse aux lésions de l’ADN en servant de point de rencontre pour les régulateurs du cycle cellulaire et les gènes de réponse aux dommages à l’ADN. L’amplification du nombre de centrosomes est une caractéristique des cellules tumorales mais de façon intéressante, elle constitue aussi une réponse des cellules aux dommages à l’ADN. Les mécanismes qui régulent l’homéostasie et la dynamique des centrosomes sont encore mal compris. Pour mieux comprendre le rôle des centrosomes dans la régulation du point de contrôle en G2/M en réponse aux dommages à l’ADN, le recrutement et/ou l’activation au niveau des centrosomes des kinases impliquées dans les voies de signalisation de ce point de contrôle ont été étudiés par immunofluorescence indirecte sur cellules HeLaS3 ou par Western blot sur des fractions enrichies en centrosomes. Nos résultats montrent que les kinases ATM, ATR, CHK1 et CHK2 sont actives dans les centrosomes de cellules en phase G2. En réponse à l’activation du point de contrôle en G2/M, les formes actives de ces kinases diminuent au niveau des centrosomes. Pour identifier de nouveaux acteurs centrosomaux potentiellement impliqués dans la régulation de ce point de contrôle, une analyse comparative des protéomes de centrosomes purifiés a également été réalisée par spectrométrie de masse. Pour étudier plus particulièrement la fonction de CHK2 au niveau des centrosomes, nous avons développer des outils moléculaires qui serviront à déterminer le rôle de la sous population de CHK2 localisée aux centrosomes 1) dans la régulation de l’entrée en mitose au cours d’un cycle normal 2) dans l’activation et la stabilité du point de contrôle en G2/M en réponse aux lésions l’ADN et 3) dans l’homéostasie et la dynamiques des centrosomes en réponse aux dommages à l’ADN. Cette étude permettra de mieux comprendre la fonction des centrosomes dans la réponse cellulaire au stress génotoxiques anti-cancereux et de révéler de nouvelles fonctions potentielles pour la kinase CHK2.

Identification du rôle et des modifications post-traductionnelles modulant l’export nucléaire de l’hélicase virale E1 au cours du cycle de réplication du virus du papillome humain

Les virus du papillome humain (VPH) sont de petits virus à ADN double brin infectant les épithéliums de la peau et des muqueuses. La réplication nécessaire au maintien de leur génome dans les cellules infectées dépend des protéines virales E1 et E2. Au cours de la réplication, E1 est recrutée à l’origine de réplication par E2 afin d’être assemblée en doubles hexamères capables de dérouler l’ADN. E1 contient un domaine C-terminal responsable de l’activité ATPase/hélicase, un domaine central de liaison à l’origine et une région N-terminale régulant la réplication in vivo. Cette région contient des signaux de localisation et d’export nucléaire qui modulent le transport intracellulaire de E1. Chez le virus du papillome bovin (VPB), il a été proposé que ce transport est régulé par la sumoylation de E1. Finalement, la région N-terminale de E1 contient un motif de liaison aux cyclines permettant son interaction avec la cycline E/A-Cdk2. La phosphorylation de E1 par cette dernière régule différemment l’export nucléaire des protéines E1 du VPB et du VPH. Dans la première partie de cette étude, nous avons démontré que bien que la protéine E1 des VPH interagit avec Ubc9, l’enzyme de conjugaison de la voie de sumoylation, cette voie n’est pas requise pour son accumulation au noyau. Dans la seconde partie, nous avons déterminé que l’accumulation nucléaire de E1 est plutôt régulée pas sa phosphorylation. En fait, nous avons démontré que l’export nucléaire de E1 est inhibé par la phosphorylation de sérines conservées de la région N-terminale de E1 par Cdk2. Puis, nous avons établi que l’export nucléaire de E1 n’est pas nécessaire à l’amplification du génome dans les kératinocytes différenciés mais qu’il est requis pour le maintien du génome dans les kératinocytes non différenciés. En particulier, nous avons découvert que l’accumulation nucléaire de E1 inhibe la prolifération cellulaire en induisant un arrêt du cycle cellulaire en phase S et que cet effet anti-prolifératif est contrecarrée par l’export de E1 au cytoplasme. Dans la troisième partie de cette étude, nous avons démontré que l’arrêt cellulaire induit par E1 dépend de sa liaison à l’ADN et à l’ATP, et qu’il est accompagné par l’activation de la voie de réponse aux dommages à l’ADN dépendante de ATM (Ataxia Telangiectasia Mutated). Ces deux événements semblent toutefois distincts puisque la formation d’un complexe E1-E2 réduit l’activation de la voie de réponse aux dommages par E1 sans toutefois prévenir l’arrêt de cycle cellulaire. Finalement, nous avons démontré que la réplication transitoire de l’ADN viral peut avoir lieu dans des cellules arrêtées en phase S, indépendamment de l’activation de la voie de réponse aux dommages à l’ADN et de la kinase ATM. Globalement, nos résultats démontrent que l’export nucléaire de E1 est régulé par sa phosphorylation et non par sa sumoylation. Ils démontrent également que l’export nucléaire de E1 est essentiel au maintien du génome dans les kératinocytes, possiblement parce qu’il prévient l’inhibition de la prolifération cellulaire et l’activation de la voie de réponse aux dommages à l’ADN en limitant l’accumulation de E1 au noyau.

Étude du mécanisme de régulation de la sénescence et de p53 par la protéine SOCS1

Les mécanismes cellulaires anti-prolifératifs, lesquels comprennent l’apoptose, aussi appelée la mort cellulaire programmée, l’arrêt transitoire du cycle cellulaire et la sénescence, permettent à la cellule de prévenir, en réponse à différents stress, l’accumulation de mutations pouvant conduire à une prolifération incontrôlée et, éventuellement, au développement d’une tumeur. La régulation de ces différents mécanismes requiert l’activation de protéines appelées des suppresseurs de tumeur, dont le principal est p53. p53 est un facteur de transcription dont la stabilisation et l’activation conduit à une hausse de l’expression de gènes directement impliqués dans l’arrêt de la prolifération. Au cours des dernières années, l’ensemble des travaux sur p53 ont permis de mettre en évidence la complexité de sa fonction, de même que la multitude de voies de signalisation et de protéines avec lesquelles il coopère pour maintenir l’intégrité du génome. De ce fait, l’étude des mécanismes d’activation de p53 est de mise pour la compréhension de sa régulation et, éventuellement, pour la prévention et l’élaboration de nouvelles stratégies de traitement contre le cancer. L’objet de cette thèse est la mise en évidence d’un mécanisme d’activation de p53 et de la sénescence par la protéine SOCS1, un suppresseur de la signalisation par les cytokines. Ce mécanisme implique une interaction directe entre les deux protéines, plus précisément entre le domaine SH2 de SOCS1 et le domaine de transactivation de p53. SOCS1 interagit également, au niveau de son SOCS Box, avec les kinases ATM et ATR de la voie du dommage à l’ADN de façon à faciliter la phosphorylation de p53 en sérine 15. Ainsi, en interagissant à la fois avec p53 et ATM/ATR, SOCS1 contribue à la stabilisation et à l’activation de p53. En accord avec ce modèle, l’inhibition de SOCS1 dans des fibroblastes humains normaux tend à diminuer le nombre de cellules sénescentes suite à l’expression de l’oncogène ca-STAT5A et à réduire l’accumulation nucléaire de p53 dans ces cellules. De la même façon, les lymphocytes T provenant de souris Socs1-/-Ifnγ-/- sont moins susceptibles d’entrer en apoptose que les lymphocytes provenant de souris Socs1+/+Ifnγ+/+, suite à une exposition à des radiations. Dans les deux contextes, on observe une baisse de l’expression des gènes cibles de p53, ce qui démontre que SOCS1 est impliquée dans l’activation de p53 in vivo. Cette thèse a également pour but de mettre en évidence l’implication de SOCS1 dans l’activation d’autres facteurs de transcription et, par le fait même, de démontrer qu’elle peut agir comme un régulateur plus général de la transcription. Une étude approfondie de l’interaction entre SOCS1 et p53 a permis de démontrer que le domaine de transactivation II de p53 (acides aminés 36-67) est suffisant pour l’interaction. Plus précisément, il semble que le tryptophane 53 (W53) et la phénylalanine 54 (F54) sont les principaux résidus impliqués. Une analyse structurale de ce domaine de p53 a conduit à l’identification d’un motif conservé dans plusieurs autres facteurs de transcription pourvus d’un domaine de transactivation acide, dont p63, p73 et E2F1. En accord avec ces résultats, SOCS1 est en mesure d’interagir avec chacune des deux protéines. Ainsi, la capacité de SOCS1 d’interagir et de réguler l’activité de p53 peut s’étendre à d’autres facteurs de transcription. En terminant, le mécanisme présenté dans cette thèse contribue à la compréhension de la régulation de p53, le principal suppresseur de tumeur de la cellule. De plus, il met en évidence une nouvelle fonction de SOCS1, laquelle était jusqu’alors essentiellement connue pour inhiber la voie de signalisation JAK/STAT. Ce nouveau rôle pour SOCS1 permet d’expliquer de quelle manière une activation aberrante de la signalisation par les cytokines peut déclencher la sénescence ou l’apoptose. Enfin, le fait que SOCS1 puisse réguler différents facteurs de transcription permet de la qualifier de régulateur général des facteurs de transcription composés d’un domaine de transactivation acide.