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Bulletin du Cancer

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ADN topoisomérase IIalpha : que diable allait-elle faire dans le centrosome ? Volume 88, issue 3, Mars 2001

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  • Published in: 2001

ADN topoisomérase IIalpha : que diable allait-elle faire dans le centrosome ?
Au cours d'une conférence de l'Université de tous les savoirs, Antoine Danchin évoquait récemment ces protéines capables d'exercer des fonctions cellulaires complètement différentes. Tel pourrait être le cas de la topoisomérase IIalpha dont la présence au sein du centrosome est bien intrigante [1].

Tout commence par une observation fortuite : par immunofluorescence, il apparaît qu'un anticorps monoclonal, Ki-S1, dirigé contre la topoisomérase IIalpha, interagit non seulement avec des structures nucléaires, ce qui ne surprend personne, mais aussi avec de petites structures globulaires situées aux pôles du fuseau mitotique. Ce marquage ne s'observe qu'avec l'anticorps Ki-S1. Aucune réaction n'est détectée, en particulier, avec des anticorps anti-topoisomérase I ou anti-topoisomérase IIbeta. Si l'on écarte la possibilité d'un simple artefact, ces résultats suggéreraient donc que la topoisomérase IIalpha pourrait être une protéine du centrosome. Là est la surprise puisque cet organelle ne contient pas d'ADN, le substrat normal de la topoisomérase IIalpha. Cette enzyme ubiquitaire régule la topologie de l'ADN et intervient dans les processus de réplication, transcription et ségrégation des chromosomes à la mitose. Elle est aussi la cible de certains des agents les plus utilisés dans la chimiothérapie des cancers humains, qui doivent leur activité pharmacologique à leur action sur les complexes ADN-topoisomérase II. Devant une situation aussi surprenante, les auteurs, confiants dans le hasard, ont donc décidé de poursuivre leurs investigations.

La première partie de leur étude, reposant sur une analyse immunocytochimique, a permis d'identifier de façon précise les petits globules marqués par l'anticorps Ki-S1. Des expériences de double marquage montrent que ces globules sont également reconnus par les anticorps anti-tubuline gamma, dont il a été clairement établi qu'elle est un constituant du centrosome. Les globules sont donc effectivement des centrosomes. Le marquage par Ki-S1 est aboli par pré-absorption avec de la topoisomérase IIalpha, ce qui démontre que Ki-S1 reconnaît bien, dans ces organelles, des épitopes de cette enzyme. Les mêmes expériences ont été étendues à d'autres cellules, montrant que la localisation de l'enzyme dans les centrosomes n'est pas limitée aux cellules tumorales ou en prolifération, mais est également observée dans les cellules quiescentes. Enfin, l'utilisation d'autres anticorps dirigés contre d'autres épitopes de la topoisomérase IIalpha permet de montrer que c'est bien cette enzyme que Ki-S1 reconnaît dans le centrosome et non une autre protéine qui porterait un épitope commun avec la région C-terminale de la topoisomérase IIalpha.

La topoisomérase IIalpha est-elle simplement adsorbée sur un des constituants du centrosome, ou bien peut-elle être elle-même considérée comme un élément structural de cet organelle ? La deuxième partie du travail porte sur l'étude de la stabilité de l'association de l'enzyme avec le centrosome. Un traitement par une force ionique élevée (0,5 M NaCl) permet d'éliminer la fluorescence des noyaux, indiquant la dissociation de l'enzyme liée aux chromosomes, mais n'a pas d'effet sur la fluorescence des centrosomes. Comme attendu, le marquage des centrosomes par Ki-S1 résiste à un traitement par la DNase I, mais aussi à un traitement par la RNase, ce qui élimine la possibilité d'une association avec des complexes nucléo-protéiques (décrits antérieurement). La topoisomérase IIalpha est donc bien un composant stable du centrosome.

La dernière partie de l'article porte sur la caractérisation biochimique de l'enzyme liée à cet organelle. À partir de centrosomes purifiés, l'analyse par western-blot permet la détection d'une protéine de 170 kd reconnue par l'anticorps Ki-S1. De plus, les centrosomes isolés contiennent une activité de décaténation de l'ADN de kinétoplaste et de relaxation des ADN plasmidiques. Ces résultats montrent donc que le centrosome contient bien une enzyme parfaitement active.

Le centrosome est le centre organisateur des microtubules. À ce titre, il joue dans la cellule un rôle essentiel, en particulier dans la polarité cellulaire, les mouvements interphasiques et la formation du fuseau mitotique. Il est formé d'une paire de centrioles et de matériel péricentriolaire. Les centrioles sont nécessaires à l'organisation du centrosome en tant qu'organelle intracellulaire, tandis que le matériel péricentriolaire contient des structures fortement organisées, visibles par microscopie électronique. Plusieurs protéines, parmi lesquelles la tubuline gamma et la péricentrine, concourent à l'organisation des microtubules. D'autres protéines, qui ne sont pas directement impliquées dans cette fonction, sont également présentes : protéines adaptatrices (ex. : 14-3-3), kinases, chaperons, composants du protéasome, protéines du cycle cellulaire. Que vient faire la topoisomérase IIalpha dans cette affaire ? Il faut d'abord rappeler que les protéines 14-3-3epsilon sont capables de former des complexes avec la topoisomérase IIalpha. Cette protéine adaptatrice, qui se fixe sur les sérines phosphorylées de certaines protéines pour jouer un rôle dans la régulation des voies de transmission des signaux cellulaires, est, elle aussi, un constituant du centrosome. Elle pourrait donc servir d'intermédiaire pour la fixation et/ou le stockage de la topoisomérase IIalpha dans cet organelle. Dans cette hypothèse, la localisation de la topoisomérase IIalpha dans le centrosome dépendrait de l'état de phosphorylation de l'enzyme, ce qui n'a pas encore été établi. Ayant montré que la topoisomérase IIalpha liée au centrosome a un taux de renouvellement beaucoup plus lent que celui de l'enzyme cytoplasmique, les auteurs proposent que l'enzyme du centrosome soit une forme de réserve permettant à la cellule de disposer en permanence d'une réserve de cette enzyme essentielle. Cependant, il est clair que, dans cette structure, l'enzyme, maintenue à l'écart de son substrat, ne peut exercer aucune activité catalytique. Étant donné la stabilité de l'interaction avec le centrosome, un mécanisme de libération de l'enzyme reste donc à déterminer. Une hypothèse alternative est que l'on est ici en présence de l'une de ces protéines à plusieurs visages, enzymes dans un compartiment cellulaire, protéine de structure dans un autre, jouant alors un rôle radicalement différent mais encore inconnu. Curieusement, la topoisomérase I, à la fois topoisomérase et protéine kinase dirigée vers les protéines à motifs SR, est elle aussi un remarquable exemple d'ambivalence fonctionnelle [2].

1. Barthelmes HU, Grue P, Feines S, Straub T, Boege F. Active DNA topoisomerase IIalpha is a component of the salt-stable centrosome core. J Biol Chem 2000 ; 275 : 38823-30.
2. Rossi F, Labourier E, Forne T, Divita G, Derancourt J, Riou JF, et al. Specific phosphorylation of SR proteins by mammalian DNA topoisomerase I. Nature 1996 ; 381 : 80-2.