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1
Genes Involved in Cancer
Hanahan and Weinberg 2000 The hallmarks of
cancer Cell 100, 57-70.

• Oncogenes
• Activated from protooncogenes
• Usually enhance cell proliferation
• Tumor suppressor genes
• Inactivated by mutation or deletion
• Usually arrest cell proliferation
• Genes regulating apoptosis
• Control cell survival
• Overexpression,mutation or deletion can enhance
  cell survival
• Genes regulating metastasis
• Control cell motility and interaction with the
  environment
• Both activating and inactivating mutations

2
LInstabilité Génétique à la Source
de LApparition des Oncogènes ?
Vogelstein B, Lengauer C Nature. 2004
432(7015)338-41 Nat Rev Cancer. 2003
3(9)695-701 Nat Rev Cancer. 2001
1(2)109-17 Nature. 1998396(6712)643-9
S. Lowe, R. dePinho, C Sherr, R. Weinberg Cell.
2004 116(2) 235-46 Cell 2003 109(3) 335-46 Cell
2002 108(2)153-64 Cell 2000 100 (1) 57-70
Cellule Tumorale
Cellule 1. Proliférant de Manière Anormale 2. Ou
Ayant Bloqué lApoptose
Cellule Présentant Un Taux de Mutation Plus Elevé
Hypothèse I L Origine du Développement Tumoral
Provient de Mutations Sur les Points de Contrôle
de lIntégrité de l ADN
Hypothèse II L Origine du Développement Tumoral
Provient de Mutations Sur les Gènes Régulateurs
de la Prolifération
3
(No Transcript)
4
LInstabilité Génétique à la Source
de LApparition des Oncogènes ?
Cellule Normale
Prolifération Normale Mutations Elevées
Prolifération Elevée Mutations Normales
5
Hypothèse I LInstabilité Génétique à
l Origine Du Développement Tumoral ?
CIN (Chromosomal Instability) Perte des Points de
Contrôle Mitotiques
MIN (Microsatellite Instability) Perte des
systèmes de réparation des Mutations (Mismatch
repair)
Chromosomes
Réplication
Augmentation des Taux de Mutations Ou de
Réarrangement
Oncogènes et Gènes Suppresseurs de Tumeurs
6
Centrosomes et Instabilité Génomique
7
Centrosomes et Instabilité
Fuseau Mitotique
Cellules Evoluant vers lAneuploïdie
8
Centrosomes et Instabilité
9
Le Cycle des Centrosomes
Plk1
centriole elongation
centrosome maturation
Nek-2
Asp
C-Nap1
centrosome duplication
nucleophosmin CP110
kinesin (Eg5)
G2
Aurora-A
centrosome separation
S
centrin
centrosome cycle
nucleophosmin CP110
M
mitotic spindle
Mps1
centrosome segregation
interconnecting fibers
????
G1
centrosome
centriole
10
Les Points de Contrôle Mitotiques
Condensation
Alignement
Séparation
Division
Point de Contrôle Mitotique
Alignement des chromosomes sur le plan équatorial
?
11
Les Kinases Mitotiques I. Les Kinases Aurora A et
B
12
Les Kinases Mitotiques II. Les Polo Like Kinases
(PLKs)
13
Centrosomes et Instabilité
. Cycline B et cdk1 sont Localisées À lOrigine
au Centrosome . Aurora A Active le Complexe
CB-cdk1 Au Niveau du Centrosome
Aurora-A
Cell 2003, 114585-598
14
Amplification des Centrosomes Dans les Tumeurs
Amplification du nombre de centrosome
15
GENETIC INSTABILITY DURING TUMORIGENESIS
16
Figure Mitotique de Cellules Tumorales
Amplification du nombre de centrosome
17
Les Points de Contrôle Mitotiques
Condensation
Alignement
Séparation
Division
Point de Contrôle Mitotique
Alignement des chromosomes sur le plan équatorial
?
18
Alignement et Séparation des Chromosomes
1. Alignement
2. Séparation
19
La Séparase Permet la Séparation Des Chromatides
en Dégradant la Cohésine
microtubule
Chromatid junction
kinetochore
sister chromatids
cohésine
1. Dégradation Cohésine
séparase
2. Séparation Des Chromatides
20
La Séparase Est Activée par APC Pour Dégrader la
Cohésine
cohesin
cohesin
séparase
Chromatid disjunction
21
La transition métaphase-anaphase
Ub
Ub
Ub
Ub
Ub
Ub
securin
séparase
séparase
securin
APC
APC/C induit la dégradation de la sécurine et
libère ainsi une protéase de la famille des
caspases la séparase
cdc20
22
Le Complexe Cycline B/cdk1 Active APC

• Différentes phosphorylations régulent lactivité
  de APC

CDK1
Cycline B
Polo like kinase
P
P
Aurora A/B
23
Conclusion I Les Points Essentiels de
l Activation du Cycle Cellulaire
G0
Synthèse Cycline D Association avec cdk4
G1
Gènes Phase S
cdc45
S
Réplication ADN
ORC
mcm
G2
Mitose
APC
Cycline B/cdk1
M
24
Instabilité Chromosomique et Points de Contrôle
Mitotiques
Toute Séparation Anormale de Chromosomes Peut
Etre à lOrigine dInstabilité Génétique
Distribution Anormale
CIN
25
Les Points de Contrôle du Fuseau Mitotique
1. Alignement
2. Séparation
INHIBITION
BubRI, Mad2
26
Les Points de Contrôle du Fuseau Mitotique
Les Protéines BubRI et Mad2 Bloquent
l Activation de APC En Séquestrant cdc20
separase
Mad2
cohésine
cdc20
Alignement Anormal Des Chromosomes
cohesin
Dégradation cohésine
27
La transition métaphase-anaphase
Ub
Ub
Ub
Ub
Ub
Ub
securin
séparase
séparase
securin
APC
APC/C induit la dégradation de la sécurine et
libère ainsi une protéase de la famille des
caspases la séparase
cdc20
28
Le Complexe Mad2 Bub3 BubR1
Mad2
cdc20
BubR1
Bub3
APC
L activation du complexe Mad2, BubR1 séquestre
la protéine cdc20 de l ubiquitine ligase
protéine APC/C
29
Les Points de Contrôle du Cycle Cellulaire
CDK1
CDK2
Cycline A
Cycline A
G2
S
CDK1
Cycline B
p21 p16INK4
M
CDK2
Cycline E
bubRI Mad2
G1
CDK4-6
Cycline D
30
Conclusion II Les Points de Contrôle du Cycle
Cellulaire
G0
p16
p21
Cycline D/cdk4
G1
Gènes Phase S
cdc45
p21
S
Réplication ADN
ORC
mcm
Cycline E/cdk2
G2
Mad2
p21
Mitose
APC
Cycline B/cdk1
M
31
LInstabilité Génétique à la Source
de LApparition des Oncogènes ?
Vogelstein B, Lengauer C Nature. 2004
432(7015)338-41 Nat Rev Cancer. 2003
3(9)695-701 Nat Rev Cancer. 2001
1(2)109-17 Nature. 1998396(6712)643-9
S. Lowe, R. dePinho, C Sherr, R. Weinberg Cell.
2004 116(2) 235-46 Cell 2003 109(3) 335-46 Cell
2002 108(2)153-64 Cell 2000 100 (1) 57-70
Cellule Tumorale
Cellule 1. Proliférant de Manière Anormale 2. Ou
Ayant Bloqué lApoptose
Cellule Présentant Un Taux de Mutation Plus
Elevé (MIN, CIN)
Hypothèse I L Origine du Développement Tumoral
Provient de Mutations Sur les Points de Contrôle
de lIntégrité de l ADN
Hypothèse II L Origine du Développement Tumoral
Provient de Mutations Sur les Gènes Régulateurs
de la Prolifération
32
Les Mécanismes de Réparation de lADN, I
I. Introduction Les Points de Contrôle des
Cassures Les Différents Types de Lésion de
l ADN Régulation des ARN Polymérases de Type I
et III
II. Les Grands Principes de Réparation de
l ADN Base et Nucleotide Excision Repair
(NER) Non-Homologous End Joining
(NHEJ) Homologous Recombination (HR) Les
Protéines Impliquées, Rappel sur le Rôle de TFIIH
III. Le Contrôle de la Réparation de
l ADN Découverte des Kinases ATM La Famille
des Kinases ATM ATM, ATR et DNA-PK Rôle des
TAFs dans l Activation de la Transcription
IV. Les Cibles des Kinases ATM Lésions et
Activation de p53 Régulation de p53 par les
Kinases ATM et Chk Rôle de p21 dans les Lésions
de l ADN
33
Les Différents Types de Cassures de l ADN
Le Lien Reliant la Base au Déoxyribose est Labile
La Perte de ce Lien Crée un Site
apurique/apyrimidique (Site AP)
La Dépurination Est la Lésion la Plus
Courante Plusieurs Milliers de Bases sont Perdues
Chaque Jour La Stabilité des Gènes Dépend des
Mécanismes de Correction
http//mcbio.roswellpark.org/RPN530/DNA_Repair/dam
age_types.html
34
Les Différents Types de Cassures de l ADN
Déamination par Hydrolyse Spontanée Transformation
d une Cytosine En Uracile
Modifications Chimiques Radicaux Libres, Dérivés
Oxygénés (Métabolisme et Radiations)
Oncogènes
35
Les Différents Types de Cassures de l ADN
Radiations UV (Soleil)
Modifications Chimiques Ajout dun Groupement
Methyl Ou Alkyl sur des Sites Sensibles
36
Les Réponses aux Cassures de l ADN
37
Les Grands Principes de Réparation de l ADN
. La Première Etape Est la Reconnaissance De la
Lésion
Cassure sur Le Premier Brin
Cassure Simple Brin
Excision
Copie à Partir Du Brin Intact (ADN Polymérase)
Ligation (Ligase)
38
Exemple de Mécanisme de Réparation
La Perte de ce Lien Crée un Site
apurique/apyrimidique (Site AP)
Reconnaissance Par une Endonucléase AP
Hydrolyse
DNA Polymérase DNA Ligase
Excision
39
Les Grands Principes de Réparation de l ADN
Dimère Pyrimidine
. La Première Etape Est la Reconnaissance De la
Lésion
Cassure Simple Brin
 Nucléotide Excision Repair 
Nucléase
Nucléase
Hélicase
DNA Polymérase
DNA Ligase
40
Les Grands Principes de Réparation de l ADN
Cassure Double Brin
Homologous Recombination (HR) (Phase G2)
Non-Homologous End Joining (NHEJ)
Xrcc4 Ligase IV
RAD51
Nature Genetics, 2001, 27247
41
Les Grands Principes de Réparation de l ADN
Pour Chaque Mécanismes, des Protéines Différentes
sont Impliquées
BRCA1/2
DNA-PK
Nature Genetics, 2001, 27247
42
TFIIH Est Impliqué Dans la Réparation de l ADN
9 sous unités 500 kDa
TFIIH Comprend Plusieurs Sous Unités Ayant des
Fonctions Différentes . cdk7, cyclin H et MAT1,
Cycle Cellulaire, Libération du Promoteur . Deux
Hélicases XPB et XPD, Ouverture de l ADN . XPB
et XPD Jouent un Rôle Important dans les
Processus de Réparation de l ADN
43
TFIIH Est Impliqué Dans la Réparation de l ADN
1. Détection de la Lésion Recrutement de TFIIH
Lésion sur l ADN
2. Ouverture et Dénaturation De l ADN par XPD et
XPB
3. Réparation de la Lésion Par les Enzymes de
Correction
Curr Opin Genet Dev. 1996 Feb6(1)26-33
44
Importance Clinique de TFIIH/XPD
La Trichothiodystrophie (TTD) Le Syndrôme
Xeroderma Pigmentosum (XP) et Le Syndrôme de
Cockayne (CS) Sont des Maladies Génetiques
Associées à . Retard Mental . Sensibilité très
Forte aux UV Cancer de la Peau . Développement
Anormal
Toutes ces Maladies sont Caractérisées par des
Défauts de Réparation de l ADN
Quel est le Gène Responsable (Correction) ?
Trends Genet 2001 May17(5)279-86
45
Importance Clinique de TFIIH/XPD
XPD ne fonctionne plus dans les Systèmes de
Réparation de l ADN
Absence de Réparation de l ADN Blocage de la
Transcription
Développement Anormal
46
Prochains Cours Mercredi 24/5 9h-11h L004
Cassures de lADN Lundi 29/5 14-16h (Amphi Centre
Paul Papin) Apoptose I Vendredi 2/6 14-16h
(Amphi Centre Paul Papin) Apoptose II Jeudi 8/6
9h-10h30 (Amphi Centre Paul Papin) Les Oncogènes
Viraux Lundi 12/6 9h-11h Révisions Mardi 13/6
9h-11h Révisions Jeudi 1/6, 8h-10h L201,
Modèles expérimentaux Mercredi 7/6, 10h-12h L203,
Modèles expérimentaux Anglais jusquau 6/6
47
Les Grands Principes de Réparation de l ADN
Cassures Simples et Doubles Brins
Régulateurs ??
Arrêt Cycle Cellulaire
Réparation Des Cassures
Temps
Régulation Génique
Reprise Prolifération
Apoptose
48
Les Grands Principes de Réparation de l ADN
La Réponse de la Cellule aux Cassures de
l ADN Est un Blocage du Cycle Cellulaire
Science. 2000 2881425-9
49
La Signalisation des Cassures de lADN
ATM
ATR
Réparation NER BER NHEJ Recombinaison
Kinases Chk1/2
Arrêt en G1
Arrêt en G2/M
Arrêt en S
Temps
Reprise du Cycle Cellulaire ou Apoptose/Sénescence
50
Hypothèse I LInstabilité Génétique à
l Origine Du Développement Tumoral ?
Réparation NER BER NHEJ Recombinaison
Kinases Chk1/2
Contrôle en G1
Contrôle en G2/M
Contrôle en S
Propagation dun Matériel Génétique
Endommagé Oncogènes, Gènes Suppresseurs de Tumeurs
51
Hypothèse I LInstabilité Génétique à
l Origine Du Développement Tumoral ?
CIN (Chromosomal Instability) Perte des Points de
Contrôle Mitotiques
MIN (Microsatellite Instability) Perte des
systèmes de réparation des Mutations (Mismatch
repair)
Chromosomes
Réplication
Augmentation des Taux de Mutations Ou de
Réarrangement
Oncogènes et Gènes Suppresseurs de Tumeurs
52
L Ataxie-Télangiectasie
Ataxie-Télangiectasie Pathologie
Humaine Autosomale Récessive . Anomalies
Neurologiques . Télangiectasies . Déficit
Immunitaire . Stérilité Hypersensibilité aux
Radiation Incidence Elevée de Cancers
1995 Clonage de la Protéine Responsable du
Syndrôme Kinase ATM Activité Kinase
(Sérine/Théonine) Appartient à la Famille des
PI3 Kinases Substrats ???
53
Quelle est la Fonction de la Kinase ATM ?
1995 Clonage de la Protéine Responsable du
Syndrôme Kinase ATM Activité Kinase (Ser/Thr)
Famille des PI3 Kinases Substrats ???
Protection Contre les Cassures De l ADN Diminuée
Génération de Souris ATM -/- (Viable)
Blocage de la Progression En Phase S
Souris Normales
Pas de Blocage
Souris Atm -/-
54
La Famille des Protéine Impliquées dans Les
Réparations de l ADN
Irradiation Levures
Découverte des Gènes Impliqués dans la Réparation
de l ADN
L Ensemble de ces Protéines sont Conservées chez
l Homme
Ancêtre Commun
Current Opinion in Cell Biology, 2001, 13225
55
La Famille des Protéine Impliquées dans Les
Réparations de l ADN
Irradiation Levures
Découverte des Gènes Impliqués dans la Réparation
de l ADN
L Ensemble de ces Protéines sont Conservées chez
l Homme
56
La Famille des Kinases ATM
Les Kinases ATM Constituent une Famille de
Protéines dont la Fonction Est Conservée chez la
Levure
Homogues chez la Levure Rad3 (pombe) Mec1
(Cerevisiae) Tel1 (Cerevisiae)
Levures Viables
Intensité d Irradiation
Les Mutants Rad3-/- sont Hypersensibles aux
Radiations
57
La Famille des Kinases ATM Les Homologues Humains
La Kinase ATR (ATM and Rad3 Related)
Génération de Souris ATR -/-
ATR est Indispensable À la Prolifération
Mort Embryon
Lumière UV Inhibiteurs de la Réplication
ATM et ATR Répondent à des Cassures de l ADN De
Type Différents ? Spécialisation ?
Radiations Ionisantes
ATM
ATR
Réparation
Genes and Development, 2001, 152177-2196
58
La Famille des Kinases ATM Les Homologues Humains
Réparation
Current Opinion in Cell Biology, 2001, 13225
59
La Famille des Kinases ATM Les Homologues Humains
2. La DNA-PK (DNA Dependent Protein Kinase)
. DNA-PK est un Complexe de Deux Protéines La
Sous-Unité Catalytique DNA PKcs et un Facteur
Régulateur Ku
. DNA-PK est une Sérine/Thréonine Kinase Activée
par Contact avec l ADN
DNA-PKcs
Ku
Liaison à l ADN
Activité Catalytique
Genes and Development, 1999, 13916-934
60
La Famille des Kinases ATM Les Homologues Humains
2. La DNA-PK (DNA Dependent Protein Kinase)
DNA-PK est un Complexe de Deux Protéines
Ku
DNA-PKcs
Liaison à l ADN
Activité Catalytique
Souris SCID (Severe Combined ImmunoDeficient) .
Mutation Inactivatrice de DNA PK . Pas de
Recombinaisons V(D)J . Absence de Maturation des
Lymphocytes T et B . Hypersensibilité aux
Radiations (Défaut de Réparation)
61
Réarrangement et Cassures dans les Lymphocytes B
62
Activation de DNA-PK
Cassure Présentation de Parties 3  ou 5 
Affinité Très Faible Pour l ADN
Ku70
DNA-PKcs
Ku80
Ku80
DNA-PKcs
Ku70
1. DNA-PK Est Recrutée sur l ADN Par Ku80/70 2.
L Activité Kinase de DNA PK Est Déclenchée par
l ADN 3. DNA-PK Phosphoryle des Cibles Fixées
sur l ADN
Ser/Thr
Ku80
Ku70
63
Activation des Kinases de la Famille ATM
Cassure Présentation de Parties 3  ou 5 
Affinité Très Faible Pour l ADN
ATM
ATR
Déclenchement de lActivité Kinase
Hypothèse
1. Recrutement sur l ADN 2. Déclenchement
Activité Kinase 3. Phosphorylation des
Cibles Fixées sur l ADN et Impliquées dans La
Réparation
Ser/Thr
ATM ou ATR
Current Opinion in Cell Biology, 2001, 13225
64
Activation des Kinases de la Famille ATM
Le Mode d Activation des Kinases ATM et ATR Est
Controversée
Détection des Cassures ?
2. Détection de la Lésion Et Augmentation
de L Activité Kinase de ATM
2. Détection de la Lésion Et Relocalisation de
ATR (Activité Kinase Constante)
65
Activation de ATM par des Cassures Doubles Brins
Phosphorylation H2Ax Recrutement Complexe MRN
Nat Rev Mol Cell Biol. 2004 Oct5(10)792-804.
66
Activation de ATR par des Cassures Simples Brins
Phosphorylation Cibles
Nat Rev Mol Cell Biol. 2004 Oct5(10)792-804.
67
La Famille des Kinases ATM La Réponse aux
Cassures de l ADN
Cassures Simples et Doubles Brins
ATM, ATR
DNA-PK
Substrats ??
Substrats ???
Réparation Des Cassures
Régulation Génique
Cycle Cellulaire
Reprise Prolifération
Apoptose
68
La Famille des Kinases ATM
Les Kinases PIKKs ont Toutes la Même Structure .
Protéines de Haut Poids Moléculaire . Un Domaine
Catalytique PIKK, un Domaine FAT (?)
Recrutement
Cellule
Domaine Kinase
Purification ATM/ATR
Complexe de Taille Supérieure À 2 Méga Daltons
Recrutement des Protéines en Charge De la
Surveillance de l ADN
69
Fonctionnement et Cibles des Kinases ATM
Contrôle en G1
Contrôle en G2/M
Contrôle en S
Toutes les Phases du Cycle Cellulaire Sont
Arrêtées
70
Fonctionnement et Cibles des Kinases ATM Blocage
de la Phase G1
Les Cassures de l ADN se Traduisent par une
Augmentation Rapide Des Taux de p53 dans la
Cellule
http//www-lbcmcp.ups-tlse.fr/documents.html
71
L Ataxie-Télangiectasie
Ataxie-Télangiectasie Pathologie
Humaine Autosomale Récessive . Anomalies
Neurologiques . Télangiectasies . Déficit
Immunitaire . Stérilité Hypersensibilité aux
Radiation Incidence Elevée de Cancers
Cellules ATM -/-
Activation de p53 Beaucoup plus Lente Intensité
Faible
La Kinase ATM Participe à la Régulation de p53
72
Blocage de la Phase G1 La Kinase ATM Phosphoryle
p53
CBP
La Phosphorylation sur Sérine 15 Permet le
Recrutement de CBP mais ne Chasse pas mdm2
73
(No Transcript)
74
Les Cassures de l ADN Entraînent La Perte de
l Association p53-mdm2
Phosphorylation
Perte Association P53-mdm2
Irradiation
?
ATM
Ser 15
CBP
Cell, 1997, 91325-334
75
La Kinase Chk2 Homogue Humain De Rad53
La Fonction de la Kinase rad53 chez la Levure est
Conservée chez l Homme découverte des kinases
Chk1 et Chk2
Science, 1998, 282189 Nature Cell Biology,
2000 (2)762
76
La Kinase Chk2, Cible de la Kinase ATM
R Radiation
Chk2 est Phosphorylée En Réponse aux Cassures de
l ADN (Cds1 chez la levure)
ATM phosphoryle Chk2 (Cds1 chez la levure)
Cassure De l ADN
Activation ATM
Phosphorylation Chk2
Cibles ?
Science, 1998, 282189 Nature Cell Biology,
2000 (2)762
77
La Kinase Chk2 Phosphoryle p53
p53 Phosphorylée Sur Sérine 20
Chk1/2 Phosphoryle p53
78
La Kinase Chk2 Active p53
p53
Cassure de lADN
ATM
Chk1/2
Stabilisation de p53
La Phosphorylation sur Sérine 20 Bloque
lInteraction p53/MDM2
Genes Dev, 2000, 14289 EMBO J, 1999 18 1805
79
Régulation de p53 par le Contrôle Chk-ATM
p53
Ser 15
Cassure de lADN
ATM
CBP
Chk
CBP
Activation de p53 Blocage du Cycle
Cellulaire Réparation
80
(No Transcript)
81
Les Rôles de p21
82
Role de PCNA dans la Réplication de l ADN
La Présence de PCNA Permet le Recrutement De
l ADN Polymérase Et Stabilise sa Fixation
83
p21 Interagit avec PCNA
L Interaction de p21 Avec PCNA Déstabilise le
Recrutement De l ADN Polymérase Et Bloque la
Réplication
Nature, 1994 371534-7, Nature, 1994 369574-8,
Cell, 1996, (87) 297306
84
p21 Bloque la Réplication de l ADN
Réplication ADN
Concentration p21
Xénope, In vitro
Cellule, In vivo
85
Importance de la voie p53-p21 dans la Réparation
De l ADN
p53
Le Système de Réparation de l ADN ne Fonctionne
que Si p53 et p21 sont Présents
Science 1998, 2821497
86
Conclusion I Réparation De l ADN La Voie
ATM-p53-p21
Cassures de lADN
ATM
Chk
Nucléotide Excision Repair
Phosphorylation De p53 sur Sérine 15 Recrutement
CBP
Phosphorylation De p53 sur Sérine 20 Elimination
de MDM2
Base Excision Repair
Homologous Recombination (HR)
Activation du Gène de p21
Non-Homologous End Joining (NHEJ)
Interaction Cycline/cdk Blocage Cycle
Interaction PCNA Blocage Réplication
Correction