Caractérisation d'une nouvelle voie nucléaire d'adaptation cellulaire à l'hypoxie de la DNA-PK (protéine kinase de l'ADN)

Activation of DNA dependent protein kinase (DNA-PK) contributes to cellular adaptation to hypoxia by regulating the degradation of hypoxia-inducible factor-1

• Auteur / Autrice : Sophie-Fanny Bouquet
• Direction : Catherine Muller, Bernard Salles
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Cancérologie
• Date : Soutenance en 2008
• Etablissement(s) : Toulouse 3

Mots clés

Mots clés contrôlés

Protéines kinases

ADN -- Réparation

Tumeurs

Anoxémie

Mots clés libres

Cancer

Hypoxie

Protéine kinase dépendante de l'ADN (DNA-PK)

Hypoxia Inducible Factor 1 (HIF-1)

Ataxia telangiectasie mutated (ATM)

Ataxie télangiectasie

Réparation de l'ADN

Modifications de la chromatine

H2ax

Résumé

L'hypoxie est un stress microenvironnemental souvent observé dans les tumeurs humaines. Les tumeurs présentant de larges zones hypoxiques possèdent un phénotype plus agressif et métastatique, associé à une résistance à la chimiothérapie, à la radiothérapie et une diminution du pronostic vital. Le régulateur central de la réponse à la privation d'oxygène est un facteur de transcription, HIF-1 (pour hypoxia-inducible factor-1) qui induit la transcription d'un grand nombre de gènes cibles qui vont permettre l'adaptation de la cellule à cet environnement délétère. HIF-1 est composé d'une sous-unité labile, alpha, qui est dégradée en normoxie par le protéasome tandis que la sous-unité beta (ou ARNT) est constitutivement exprimée. J'ai montré au cours de ma thèse que la protéine kinase dépendante de l'ADN, impliquée dans la réparation des cassures double-brin de l'ADN, est activée en réponse à l'hypoxie. L'utilisation d'un anticorps spécifique de la forme phosphorylée de la DNA-PKcs sur sa sérine 2056 ainsi que la présence de la forme phosphorylée de l'histone H2AX (marqueur très sensible des cassures double-brin) ont permis d'observer cette activation. Cette activation contribue à la régulation de l'accumulation de HIF-1alpha et à l'expression consécutive de ces gènes cibles comme démontré à l'aide de cellules d'origine humaines et murines déficientes et proficientes pour la DNA-PKcs. La diminution de HIF-1alpha a également été observée dans des cellules déficientes pour l'hétérodimère Ku70/Ku80, sous-unité régulatrice de la DNA-PK ou en présence de NU7026, un inhibiteur spécifique de l'activité kinase de la DNA-PK. Cette accumulation de HIF-1alpha dépendante de la DNA-PK résulte d'une diminution de sa dégradation par le protéasome plutôt que d'une augmentation de sa biosynthèse. La DNA-PK protège donc HIF-1alpha de la dégradation par la voie pVHL (protéine Von Hippel Lindau, sous-unité de la E3 ubiquitine ligase)/ protéasome. Ensemble, nos résultats suggèrent que l'hypoxie induit des dommages de l'ADN (cassures double-brin ou autres) et que ces modifications de l'ADN favorisent, via l'augmentation de l'expression et de la fonction de HIF-1alpha, une adaptation des cellules à ce stress environnemental.

Hypoxia is a frequent microenvironmental stress observed in human tumours. The stress response observed in hypoxic cells results in more aggressive and metastatic cancer phenotypes, associated with resistance to radiation therapy, chemotherapy and poor treatment outcome. A key regulator of the cellular response to oxygen deprivation is the transcription factor, hypoxia-inducible factor-1 (HIF-1) whose function resulting in the induction of a plethora of target genes that collectively confers cellular adaptation to hypoxia. HIF-1 is comprised of a labile alpha sub-unit that is mainly targeted for normoxia-dependent degradation by the proteasomal system whereas its beta sub-unit, HIF-1 beta, or ARNT, is constitutively expressed. We demonstrate here that the DNA dependent protein kinase (DNA-PK) is activated in response to hypoxia in a DNA dependent-manner. We could visualize this activation using phospho-serine 2056 DNA-PKcs and gammaH2AX antibodies. Activation of DNA-PK contributes to the regulation of HIF-1 alpha accumulation and subsequent HIF-1 target gene expression as demonstrated using DNA-PK deficient cells of murine and human origin. Similar decrease in HIF-1 alpha expression was observed in cells deficient in the DNA-PK regulatory sub-unit Ku or in presence of NU7026, a selective inhibitor of the kinase activity of DNA-PK. Furthermore, DNA-PK protects nuclear HIF-1 from proteasomal degradation by the von-Hippel Lindau (VHL) (a component of the E3 ubiquitin ligase complex) pathway. Taken together our results suggest that hypoxia induces DNA modifications and that the acute DNA damage response to hypoxia favours, via the increased expression and function of HIF-1 alpha, the adaptation of cells to this microenvironmental stress.