Comprendre les mécanismes des protéines de réparation de l'ADN

La réplication de l'ADN se passe pendant une phase appelée phase S, et c'est super important pour garder nos gènes stables. Parfois, ça peut mal tourner pendant ce processus de réplication, comme des dégâts sur l'ADN ou un manque des éléments nécessaires pour créer l'ADN. Quand ça arrive, on se retrouve avec de l'ADN simple brin en trop. Ça peut mener à un stress de réplication, un gros souci pour les cellules cancéreuses.

#Le défi des fourches de réplication bloquées

Quand la réplication de l'ADN est interrompue, ça peut causer des problèmes sérieux comme des cassures double brin, qui peuvent provoquer des mutations et faire avancer le cancer. Pour éviter ça, nos cellules ont plusieurs mécanismes qui aident à protéger et récupérer les fourches de réplication bloquées. Les protéines jouent un rôle clé là-dedans. Deux importantes sont BRCA1 et BRCA2, qui aident à protéger les nouvelles brins d'ADN d'être décomposés par une autre protéine appelée MRE11.

Récemment, des chercheurs ont identifié CtIP comme une autre protéine importante qui aide à protéger les fourches de réplication de la dégradation par DNA2, une autre enzyme nucléique. CtIP aide généralement aussi dans un autre processus - la résection des extrémités de l'ADN quand il y a des cassures double brin. Cependant, elle est aussi impliquée dans le maintien de l'intégrité des fourches bloquées.

#Le rôle de PIN1

Il y a une protéine appelée PIN1 qui agit comme un interrupteur, aidant à réguler divers processus cellulaires en changeant la structure de certaines protéines quand elles sont phosphorylées. Une activité anormale de PIN1 est liée à de nombreuses maladies, y compris le cancer. Les chercheurs ont trouvé que PIN1 interagit avec plusieurs protéines critiques impliquées dans la réponse cellulaire aux dommages de l'ADN, incluant BRCA1 et CtIP.

PIN1 a des zones spécifiques où il se fixe aux protéines phosphorylées, et il peut changer leur forme. Ce changement de forme est très important pour réguler combien de temps ces protéines durent dans la cellule. Des travaux antérieurs ont montré qu'au cours de la phase S et de la phase G2 du cycle cellulaire, une protéine appelée CDK2 aide à ajouter un groupe phosphate à CtIP, permettant à PIN1 de le reconnaître et de s’y lier.

Cependant, les chercheurs n'étaient pas sûrs de quelle kinase ajoute le groupe phosphate à un autre site sur CtIP, appelé S276. Certaines recherches ont suggéré qu'une protéine activée par le stress appelée p38 MAPK pourrait être responsable de la phosphorylisation de CtIP à S276, surtout quand les cellules subissent des dommages à l'ADN.

#Investiguer l'isomérisation de CtIP

Pour en savoir plus sur comment CtIP protège les fourches bloquées, les chercheurs ont conçu des expériences pour étudier diverses mutations de CtIP. Ils ont traité des cellules avec de l'hydroxyurée (HU), un médicament qui bloque les fourches de réplication, et ont observé comment ces mutations affectaient la stabilité des fourches. Ils ont découvert que certains mutants de CtIP, qui ne pouvaient pas se lier à PIN1 ou passer par l'isomérisation, ne pouvaient pas restaurer la stabilité des fourches.

Fait intéressant, quand les cellules avaient leur activité DNA2 temporairement arrêtée, ou quand une translocase d'ADN spécifique était retirée, les dommages aux fourches arrêtées diminuaient pour les cellules exprimant des mutants de CtIP défectueux pour l'isomérisation. Cela a suggéré que PIN1 et son interaction avec CtIP étaient cruciaux pour maintenir la stabilité des fourches sous stress.

#L'isomérisation comme processus clé

Pour tester directement si le changement de forme de CtIP au niveau du site pS276-P277 est vital pour protéger les fourches de réplication, les chercheurs ont créé des mutants trans-bloqués de CtIP. Ces mutants étaient conçus de manière à ne pas pouvoir revenir à leur forme originale après phosphorylation. Ils ont découvert que forcer ces mutants dans un certain état pouvait toujours protéger les fourches, ce qui laisse entendre que le changement de forme n'est pas seulement lié à la façon dont CtIP se lie à d'autres protéines, mais aussi à la façon dont il aide à préserver les fourches de réplication.

#La connexion entre PIN1 et la protection des fourches

Pour confirmer encore plus à quel point l'isomérisation médiée par PIN1 de CtIP est importante pour protéger les fourches bloquées, les chercheurs ont utilisé KPT-6566, un inhibiteur spécifique de PIN1. Ils ont vu que quand ils inhibaient PIN1, les fourches commençaient à se dégrader. Cependant, s'ils inhibaient aussi les activités de MRE11 ou DNA2 en même temps, la stabilité des fourches revenait.

Les chercheurs ont ensuite regardé à nouveau les mutants CtIP et ont trouvé que les variants trans-bloqués restituent partiellement la stabilité des fourches lorsque PIN1 était inhibé. Ils ont conclu que CtIP et BRCA1 jouent des rôles importants mais distincts dans la protection des fourches de réplication, et que PIN1 est un acteur majeur qui coordonne ces processus.

#Le rôle de p38α dans la réponse au stress

La kinase p38α a été trouvée comme un autre acteur important dans ce processus. Elle peut s'activer sous des conditions de stress et phosphoryler CtIP au site S276, qui est crucial pour son interaction avec PIN1. Les chercheurs ont confirmé que lorsque les cellules étaient traitées avec un inhibiteur de p38α, la protection des fourches bloquées était compromise. Cela a indiqué que p38α et PIN1 agissaient de concert pour garder les fourches stables.

Ils ont aussi observé que les niveaux de phosphorylation de CtIP augmentaient après traitement par HU, montrant que la réponse au stress engage ce chemin. Quand p38α était inhibé, moins de phosphorylation se produisait, entraînant une diminution de l'interaction de PIN1 avec CtIP.

#Chargement de CtIP aux fourches de réplication bloquées

Une fois que les chercheurs ont établi que PIN1 et p38α sont vitaux pour l'isomérisation de CtIP et la protection subséquente des fourches, ils ont examiné comment ces changements affectent le chargement de CtIP aux fourches bloquées. En utilisant un test spécifique, ils ont détecté combien de CtIP s'accumulait à ces fourches après traitement par HU. Ils ont trouvé que si PIN1 ou p38α étaient inhibés avant l'application du stress, le chargement de CtIP était considérablement réduit, montrant que les deux protéines étaient nécessaires pour l'enrichissement de CtIP aux fourches bloquées.

#Surmonter la chimiorésistance

La recherche ne s'est pas arrêtée là ; les scientifiques ont regardé comment ces processus pourraient impacter le traitement du cancer, particulièrement dans les cas où les tumeurs deviennent résistantes à certaines thérapies. Par exemple, dans les tumeurs mammaires manquant de BRCA1 fonctionnel, une régulation à la baisse de H2AX a été observée pour augmenter la présence de CtIP aux fourches bloquées. Ce mécanisme de récupération a conduit à une résistance aux inhibiteurs de PARP, qui sont couramment utilisés en thérapie.

Quand les chercheurs ont inhibé PIN1 ou p38α dans ces cellules cancéreuses résistantes, ils ont trouvé que cela réduisait l'association de CtIP aux fourches bloquées. Cela a indiqué que les deux protéines jouent des rôles essentiels dans les mécanismes de résistance dans les tumeurs déficientes en BRCA1.

#Implications thérapeutiques

Sur la base de ces résultats, les chercheurs ont proposé que cibler la voie PIN1-p38α-CtIP pourrait être une stratégie efficace pour surmonter la résistance des tumeurs déficientes en BRCA1 aux thérapies. Ils ont suggéré que cette approche pourrait aussi être utile dans d'autres types de cancer où des mécanismes de résistance similaires sont présents, particulièrement dans le cancer du pancréas avec des niveaux élevés de tolérance aux dommages de l'ADN.

#Conclusion

Les interactions complexes entre PIN1, p38α et CtIP sont cruciales pour assurer la stabilité des fourches de réplication pendant des événements stressants comme les dommages à l'ADN. Cette compréhension détaillée de la façon dont ces protéines travaillent ensemble ouvre de nouvelles voies pour des stratégies de traitement du cancer, surtout pour les tumeurs qui montrent une résistance aux thérapies existantes.

En se concentrant sur les mécanismes qui permettent aux cellules cancéreuses de survivre sous stress, les chercheurs peuvent aider à développer des thérapies ciblées qui pourraient améliorer les résultats pour les patients à l'avenir.