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Le complexe FANC

L’étude biochimique des interactions entre les protéines FANC indique que sept de ces protéines, A, B, C, E, F, G et L s'associent pour former un complexe nucléaire. L'absence d'une seule de ces protéines empêche la formation du complexe. En effet, celui-ci ne se forme pas dans les cellules AF-A, B, C, E, F, G et L. En revanche, il est présent dans les cellules AF-D1, D2, I et J.

Les étapes moléculaires de la formation du complexe FANC ne sont pas encore précisément connues. Celle-ci semble débuter dans le cytoplasme par l'interaction directe entre A et G, puis C et F. Le complexe A/C/F/G est transporté dans le noyau où les protéines B, E et L s'y joignent. La protéine FANCB semble étroitement liée à FANCL et est nécessaire à sa stabilisation. Lors de la formation du complexe, la protéine FANCG jouerait un rôle de plateforme car elle interagit directement avec A, B, C, E et F. Quatre formes distinctes du complexe FANC ont été récemment décrites (Tableau I) suggérant des fonctions différentes dépendantes de leur localisation subcellulaire.

Tableau I : Protéines du complexe FANC. Les protéines du complexe FANC sont retrouvées dans les différents compartiments cellulaires sous quatre formes distinctes : (1) une forme cytoplasmique, d'environ 600 kDa, dont la quantité diminue en présence de dommages induits par la mitomycine C (MMC) ; (2) une forme cytoplasmique de 750 kDa présente pendant la mitose; (3) une forme nucléaire de 2 MDa dont la quantité augmente après traitement par la MMC ; (4) une forme intermédiaire de 1 MDa, liée à la chromatine, et dont la quantité augmente après traitement par la MMC. L'appartenance à ces différentes formes du complexe des produits des gènes FANCB et L, récemment clonés, n'est pas connue à ce jour.

Les protéines FANCD1, D2, I et J ne font pas partie du complexe et ne sont pas nécessaires à sa formation et à sa stabilisation dans le noyau. FANCI semble agir en amont du complexe, tandis que D1, D2 et J agiraient en aval de celui-ci. La protéine D2 possède deux isoformes : l'une native D2-S et l'autre mono-ubiquitinylée D2-L. Cette dernière forme n'est pas retrouvée dans les cellules des groupes de complémentation AF-A, B, C, E, F, G et L. La présence d'un complexe fonctionnel FANC est donc nécessaire à la mono-ubiquitinylation de FANCD2. Une interaction directe entre E et D2-S a été découverte, indiquant un lien moléculaire entre D2 et le complexe FANC. La modification post-transcriptionnelle de D2 est à présent utilisée pour la détection rapide des patients AF-D2 et pour distinguer les patients AF dont le gène muté fait partie ou non du complexe FANC.

La mono-ubiquitinylation de FANCD2 se produit en présence de lésions de l'ADN formées au cours de la réplication ou induites par des agents génotoxiques tels que les radiations ionisantes et ultraviolettes ou les agents pontants. En présence de lésions, on retrouve la protéine D2 mono-ubiquitinylée dans les foyers subnucléaires, où elle colocalise avec le produit du gène BRCA1, impliqué dans la prédisposition au cancer du sein et de l'ovaire. Dans ces foyers, on retrouve RAD51, l'une des protéines-clés de la réparation des cassures double brin de l'ADN (CDB) par la voie de la recombinaison homologue. Les foyers D2-L ne sont pas retrouvés dans les cellules où le complexe est absent.

FANCL, récemment découverte, est la première protéine FANC ayant une activité enzymatique clairement identifiée. Elle contient un motif de type PHD (Plant homeodomain) à doigt de zinc possédant une activité E3 ubiquitine ligase et participerait à la mono-ubiquitinylation de D2. Sachant que L est un des membres du complexe FANC, cette protéine jouerait un rôle majeur dans la mono-ubiquitinylation de D2.

FANC et BRCA : une surprenante collaboration

En absence de BRCA1, D2 n’est pas mono-ubiquitinylée et les foyers D2-L induits par les dommages de l'ADN ne sont pas formés. BRCA1 jouerait donc un rôle important dans la régulation de la modification post-traductionnelle de D2. Sachant que BRCA1, en association avec BARD1 (BRCA1 associated ring domain 1), a une activité E3 ubiquitine ligase, il a été suggéré que D2 servirait de substrat à l'hétérodimère BRCA1/BARD1. Ainsi, la présence de BRCA1 et de FANCL est nécessaire pour la mono-ubiquitinylation de D2. Cependant, on ne sait pas encore si les deux protéines sont impliquées directement dans la modification post-traductionnelle de D2 in vivo ou si l'une des deux agit indirectement en stabilisant le complexe FANC.

Il a été démontré que FANCA interagit directement avec BRCA1 et E interagit avec D2-S. Il a donc été proposé que le complexe FANC permettrait de mettre en contact D2 et BRCA1. Quant à la protéine D1 (BRCA2), il a été rapporté qu'elle interagit d'une part avec G et d'autre part avec E et avec la forme mono-ubiquitinylée de D2 (D2-L). L'ensemble de ces données indique que les produits des gènes BRCA et FANC sont étroitement associés et participent à une même voie activée en présence de lésions graves de l'ADN telles que les CDB et les pontages interbrins.

En présence d'ADN lésé, on constate que la forme D2-L s'associe à la chromatine et qu'elle entraîne la liaison de D1 (BRCA2) à cette chromatine endommagée. L'ubiquitinylation, de même que la phosphorylation, sont des processus dynamiques et réversibles. Récemment, une enzyme de désubiquitinylation USP1 agissant spécifiquement sur FANCD2-L, a été identifiée. Elle pourrait participer à la régulation de la voie métabolique FANC en réponse aux dommages de l'ADN.

Le complexe FANC/BRCA fait partie d’un réseau métabolique incluant ATM et le complexe MRE11/RAD50/NBS1

On retrouve le complexe FANC/BRCA au sein d'un réseau finement orchestré auquel participent un grand nombre de protéines dont les produits des gènes ATM, MRE11, NBS1, ATR. Ceux-ci sont impliqués dans des maladies héréditaires prédisposant au cancer dont l'ataxie télangiectasie (ATM), l'AT-LD, un syndrome similaire à l'ataxie télangiectasie (MRE11), le syndrome de Nijmegen (NBS1), le syndrome de Seckel (ATR). Ce  réseau contrôle la gestion des lésions qui bloquent la réplication de l'ADN (Figure 3) et en particulier la progression de la phase S du cycle cellulaire. L'ATM et son activité kinase y jouent un rôle central en phosphorylant, en réponse aux radiations ionisantes, divers substrats dont les protéines FANCD2, BRCA1 et NBS1, membres du complexe M/R/N (MRE11/RAD50/NBS1). La phosphorylation de FANCD2, indépendante de sa mono-ubiquitinylation, serait impliquée dans l'activation du point de contrôle de la phase S radio-réduite (Figure 3). La protéine NBS1 étant requise pour la phosphorylation de D2 par ATM, il a été suggéré que la coopération de la voie FANC/BRCA et le complexe M/R/N sont nécessaires pour activer le point de contrôle de la phase S. D'autre part, la forme D2-L co-localise avec NBS1, MRE11 et RAD50 dans les foyers nucléaires formés après traitement avec des agents pontant l'ADN. Le complexe M/R/N coopère donc avec FANC lors de la réparation des lésions induites par ces agents.

Figure 3 : Schéma simplifié de la voie FANC/BRCA au sein d’un réseau multiprotéique activé en présence de lésions bloquant la réplication de l'ADN (cassures double brin de l'ADN ou pontages interbrin). Les protéines kinases ATM et/ou ATR phosphorylent BRCA1, NBS1(N), FANCD2 qui arrêtent la progression de la phase S du cycle cellulaire. L’action des différents membres de ce réseau est nécessaire pour détecter les lésions et recruter aux sites des dommages les composants de la machinerie de la réparation appropriée : excision de nucléotides (NER), recombinaison homologue (RH), voie end-joining (EJ), synthèse translésionnelle (TLS). M/R/N : complexe MRE11/RAD50/NSB1 ; D2 : protéine FANCD2 ; A, B, C, E, F, G, L : les sept protéines FANC du complexe nucléaire; I : protéine FANCI ; J : protéine FANCJ.

ATM n’est pas la seule kinase qui participe à la phosphorylation des protéines FANC. En effet, dans les cellules ATM-/- exposées à des agents génotoxiques tels que l’hydroxyurée ou la MMC, FANCD2 est phosphorylée. Cela suggère que, suivant le type de dommage, d’autres kinases interviennent dans la phosphorylation des pro-téines FANC (Figure 3). La kinase ATR semble intervenir lors de la modification post-transcriptionnelle (phosphorylation et mono-ubiquitinylation) de FANCD2 en présence des pontages interbrins de l’ADN. Il a été montré que la protéine RPA1, qui détecte et se lie à l’ADN simple brin, est aussi nécessaire à la modification post-transcriptionnelle de FANCD2. Sachant que cette protéine recrute ATR aux régions d’ADN simple brin, il est possible que lors de la réparation des lésions induites par des radiations ionisantes ou par des agents pontants, des ADN simple brin sont créés, puis détectés par RPA1 qui recruterait les kinases appropriées, ATM ou ATR. Ces kinases, via une série de modifications post-transcriptionnelles impliquant, entre autres, les produits des gènes FANC, déclenchent alors la réponse cellulaire à ces lésions.

Du gène à la fonction : les partenaires des protéines FANC suggèrent des pistes

Si la fonction précise des gènes FANC est encore mal connue, celles de certains de leurs partenaires, en particulier ATM et NBS1, sont mieux documentées. De nombreux travaux suggèrent que le complexe M/R/N contribue à la détection et/ou à la signalisation des CDB, participe à la machinerie de réparation des CDB (par recombinaison homologue et par la voie end-joining) et a une fonction importante dans la régulation du cycle cellulaire.

Un nombre croissant de données révèle que BRCA1 est impliqué aussi à la fois dans la réparation des CDB et dans le contrôle du cycle cellulaire en réponse aux radiations ionisantes. L'association de FANC avec ATM, NBS1 et BRCA1 suggère que les gènes FANC seraient aussi impliqués dans la gestion de lésions bloquant la réplication de l'ADN, telles que les CDB ou les pontages interbrin. Cela est en accord avec les données précédemment rapportées sur la réparation inefficace ou infidèle des pontages interbrins ou des CDB, l'arrêt inefficace de la progression de la phase S et l'allongement de la phase G2 du cycle cellulaire dans les cellules AF. Les produits des gènes FANC participeraient donc à la détection ou à la signalisation des lésions à la machinerie de contrôle du cycle cellulaire et de la réparation. Via la mono-ubiquitinylation de D2, les protéines FANC pourraient être également impliquées dans le choix du processus de réparation des CDB, la forme D2-S l'orientant vers la voie end-joining et la forme D2-L vers la voie de la recombinaison homologue.

L’inactivation de l’un des membres du réseau ATM/MRE11/RAD50/NBS1/BRCA/FANC conduit à une réparation inefficace ou infidèle des CDB, directement induite par les radiations ionisantes ou indirectement produite lors de la réparation des pontages interbrins de l'ADN (Figure 3). Cela entraîne une instabilité génétique caractéristique de l'ensemble des syndromes dans lesquels ces gènes sont impliqués. Néanmoins, le fait que le produit de chacun de ces gènes a une fonction précise au sein de ce réseau pourrait expliquer que leur inactivation chez l'homme conduit à des syndromes différents se traduisant par des manifestations cliniques et cellulaires distinctes.

Il a été suggéré que l’inactivation des gènes D2, D1 (BRCA2), I et J, dont les produits se situent en dehors du complexe FANC, conduit aux formes cliniques les plus sévères de l'AF. Par exemple, les patients ayant des mutations dans D1 (BRCA2) développent très rapidement une leucémie myéloïde aiguë, une tumeur de Wilms ou un médulloblastome.

Des études récentes suggèrent que l’inactivation d'un des gènes FANC dans les cellules somatiques pourrait être un facteur facilitant la progression du processus tumoral. Ainsi, des délétions somatiques dans le gène FANCA ont été retrouvées dans des cas sporadiques de leucémie myéloïde aiguë. D'autre part, dans une proportion importante de tumeurs du col de l'utérus invasives ou de l'ovaire, l'expression de FANCF est fortement réduite, due à l'hyperméthylation de son promoteur. En d'autres termes, non seulement des mutations dans la lignée germinale, mais aussi l'inactivation de novo des gènes FANC par mutations somatiques ou par extinction épigénétique de leur expression, est un facteur qui contribue à la progression de certains types de leucémies ou de cancers épithéliaux dans la population générale.

Conclusions et prespectives

D’importantes avancées ont eu lieu ces dernières années dans la compréhension de la fonction des gènes impliqués dans l'AF. Il est clair que des mutations dans ces gènes affectent non seulement plusieurs voies de réparation telles que la recombinaison homologue, la voie end-joining, la synthèse translésionnelle, mais aussi le contrôle de la progression de la phase S du cycle cellulaire en présence de lésions spécifiques bloquant la réplication de l'ADN. Les produits des gènes FANC participeraient donc à la détection et à la signalisation des fourches de réplication bloquées et/ou dans la résolution de ces bocages via différentes voies de réparation.

Le décryptage du (des) rôle(s) des gènes FANC devrait aider à mieux comprendre la séquence des événements moléculaires à la base de la réponse cellulaire aux lésions qui menacent l'intégrité du génome et à l'origine de la prédisposition génétique aux cancers.

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