Regulation et rôles des kinases ERK1&2 (Extracelular Regulated Kinase 1&2) and Plk1 (Polo-like kinase 1) dans la progression G2/mitose – G2Progress

Un organisme humain au cours de la vie effectue environ 1016 divisions cellulaires. Elucider comment est contrôlée de manière précise la décision d’entrer en mitose au cours de chaque cycle cellulaire représente un défi majeur en biologie et l’opportunité de nouvelles approches thérapeutiques. L’entrée en mitose est régulée par différents points de contrôle; un point de contrôle activé en G2 en réponse à des lésions de l’ADN et un point de contrôle activé en réponse à des stress cellulaires jusqu’en prophase. Ces mécanismes retardent l’activation de la kinase Cycline B1-Cdk1 responsable de l’entrée en mitose, et empêche ainsi l’apparition d’une instabilité génomique due à la séparation de chromosomes contenant de l’ADN non répliqué ou endommagé.
Lorsque ces points de contrôle sont satisfaits, la kinase Cycline B1-Cdk1 est activée et déclenche l’entrée en mitose. Nous avons précédemment réalisé un biosenseur dont les propriétés d’émission de fluorescence sont modulées spécifiquement par l’activité de Cycline B1-Cdk1 et démontré que l’activation initiale de cette kinase prend place à un moment précis et parfaitement reproductible dans chaque cellule vivante. Les mécanismes en amont qui initient au cours de chaque phase G2 l’activation de cette kinase sont encore très mal caractérisés. Plus généralement, les mécanismes moléculaires qui se mettent en place au cours de la progression en G2 et qui conduisent à l’activation de Cycline B1-Cdk1 sont encore largement inconnus.
Dans ce projet, nous étudierons la régulation spatio-temporelle et le rôle des kinases ERK (Extracellular-Regulated Kinases) 1&2 et Plk1 (Polo-like kinase 1) dans les mécanismes de contrôle de la progression G2/mitose. Des résultats récents suggèrent que l’activité des kinases ERK1&2 régule un programme d’expression génique spécifique en début de G2 dans les cellules épithéliales, contrairement aux cellules fibroblastiques. Nous déterminerons dans un premier temps leur cinétique d’activation en temps réel pendant la progression en G2 grâce à un biosenseur spécifique de ces kinases que nous avons récemment optimisé puis nous combinerons l’utilisation de celui-ci avec des inhibiteurs spécifiques pour déterminer dans chaque cellule suivie par vidéo-microscopie à la fois l’efficacité de l’inhibition des kinases ERK1&2 et les conséquences sur la progression en G2 et l’entrée en mitose de cellules d’origine epithéliales et fibroblastiques. Nos résultats nous permettront de clarifier le rôle de ces kinases dans le contrôle de la progression G2-mitose.
Plk1 participe à la régulation de l’entrée en mitose chez les mammifères, mais les mécanismes sous-jacents ne sont pas élucidés. Nous avons récemment identifié sa cible principale parmi les régulateurs de Cycline B1-Cdk1 et nous avons pu observer que sa phosphorylation était initiée en fin de G2, au niveau des centrosomes. Dans ce projet, nous déterminerons si une augmentation soudaine de l’activité Plk1 prend place juste avant l’entrée en mitose et si la phosphorylation Plk1 dépendante de ce régulateur déclenche l’entrée en mitose. Nous étudierons également si l’activation initiale de Cycline B1-Cdk1 est facilitée au niveau du centrosome en induisant le recrutement local de ce régulateur par des approches d’optogénétiques.
Enfin, un objectif ambitieux de ce projet sera d’analyser la conservation des cinétiques d’activation et des rôles des kinases ERK1&2 et Plk1 pendant la progression G2-mitose de cellules épithéliales d’embryon de Xénope utilisées comme un modèle d’étude de la prolifération tissulaire chez les vertébrés, en utilisant nos biosenseurs ainsi que des approches de mesure du temps de vie de fluorescence dans le domaine fréquentiel adaptées pour des mesures de FRET dans des systèmes biologiques complexes.
Les résultats issus de ce projet devraient améliorer de façon significative nos connaissances sur les mécanismes moléculaires qui contrôlent la progression en G2 et qui sont des cibles thérapeutiques potentielles.