Wee1

L’horloge circadienne est un système qui permet la régulation de nombreux processus biologiques vitaux. L’altération de cette horloge est liée à de nombreuses conditions pathologiques tel le cancer, suggérant ainsi l’importance d’une régulation circadienne du cycle de division cellulaire . La compréhension du cycle de division cellulaire est d’une importance primordiale pour l’étude de la prolifération cellulaire dans le corps humain.

Introduction

Le cycle de division cellulaire comporte 4 phases, soit la G1, la S, la G2 et pour finir, la phase M. La présence de points de contrôle entre les phases permet de réguler le passage d’une phase à l’autre et d’éviter toute anomalie. Parmi ces points de contrôle, on en retrouve un particulièrement important en raison de son implication dans de nombreux cancers, soit, celui de la transition G2/M . En effet, Wee1 est une tyrosine kinase de la famille Serine/thréonine kinase dont le substrat est la cycline M-CDK. Wee1 inhibe l’entrée en mitose via l’inhibition de la M-CDK permettant le ralentissement de la progression du cycle cellulaire afin que la cellule mère atteigne la taille souhaitée et qu’elle puisse produire des cellules filles de tailles normales .

Fonction de Wee1

Wee1 est une tyrosine kinase d’abord impliquée dans la régulation du point de contrôle entre la phase G2 et M, qui lui-même est régulé par l’horloge circadienne. En effet, Wee1 inhibe le complexe M-CDK grâce à sa capacité de catalyser la phosphorylation d’une tyrosine inhibitrice . Le complexe M-CDK est un activateur de phase M formée d’une cycline de phase M (cycline B) liée avec une kinase cycline dépendant (Cdc2) . Lorsque la réplication d’ADN est complétée, l’activation de M-CDK favorise l’entrée de la cellule en phase M. En présence de Wee1, cette kinase phosphoryle Cdc2 en ajoutant un phosphate inhibiteur dans sa sous-unité, et cette phosphorylation maintient l’inactivation du complexe M-CDK .  À l’encontre de cette régulation négative provoquée par Wee1, Cdc25 réactive M-CDK afin de permettre l’entrée dans la phase M. Cette tyrosine phosphatase enlève le phosphate ajouté sur la kinase Cdc2, puis le complexe M-CDK activé favorise une rétroaction positive afin de réactiver Cdc25 . La transition de phase G2 à M nécessite donc Wee1 pour désactiver le complexe M-CDK. De plus, l’expression de l’ARN messager et de la protéine Wee1, de même que son activité kinasique qui régule l’entrée en mitose, est en effet très circadienne. Le promoteur Wee1 contient 3 séquences « E-box » sur lesquelles CLOCK et BMAL1 se lie. Cela entraîne la transcription des gènes per et cry et ainsi, la production des protéines PER et CRY. Ces protéines induiront éventuellement une inhibition de CLOCK et BMAL1, constituant alors une boucle de rétroaction négative .

Chez les humains, on considère que le cycle lumière-obscurité comporte environ 16 heures de jour et 8 heures de nuit. L’augmentation de la concentration de Wee1 survient vers la fin de période de lumière, entre 20h et minuit. Par la suite, survient la diminution de Wee1 accompagnée par l’augmentation de l’activité de la CDK1, qui augmentera ainsi la probabilité d'entrer en phase M. Dans ce modèle, on suppose que l'augmentation de la concentration de Wee1 pendant 4 heures est immédiatement suivie par l’augmentation de l’activité de la CDK pendant 4 heures également. Ainsi, le cycle cellulaire reste bloqué en G2 pendant 4 heures avant de finalement transiter vers la phase M .

De surcroît, Wee1 est responsable de maintenir la taille spécifique des cellules. Étant donné que Wee1 détermine le temps de l’entrée dans la phase M en désactivant le complexe M-CDK par la phosphorylation de Cdc2 , cette kinase est nécessaire pour contrôler la taille des cellules . D’une part, l’absence de Wee1 permet aux cellules de levure d’entrer dans la phase M avant que leur taille soit suffisamment grande. En conséquence, la division cellulaire produit deux cellules filles de tailles exceptionnellement petites . D’autre part, l’augmentation de dosage de Wee1 ralentit l’entrée des cellules en phase M, ce qui produit deux cellules filles de tailles grandes .

Gènes de l’horloge : implication dans le cancer

L’horloge circadienne, par l’intermédiaire de BMAL1, induit l’expression de Wee1, un inhibiteur de CDK1 et, par le fait même, la transition G2/M du cycle cellulaire . Ceci illustre donc une interdépendance du cycle cellulaire et des rythmes circadiens. D’ailleurs, des souris déficientes du gène Clock1, dont la protéine forme un complexe avec BMAL1, présentent des niveaux réduits d'ARNm Wee1 . Cette interaction démontre que le cycle cellulaire peut être entraîné par l’horloge circadienne de telle sorte que la fraction de cellules en phase S varie selon une périodicité de 24 h. Les conséquences d’un tel couplage pour la chronothérapie antitumorale ont été étudiées de manière clinique et théorique .

Wee1 et cancérogénèse

Les cellules normales réparent l'ADN endommagé lors de l'arrêt de la phase G1 du cycle cellulaire. Cependant, les cellules cancéreuses présentent généralement un point de surveillance G1/S déficient, ce qui entrave la capacité de ces cellules à interrompre le cycle cellulaire pour réparer les dommages causés à l'ADN avant la réplication de celui-ci et qui permet donc l’accumulation de mutations au sein du génome . Les cellules cancéreuses dépendent donc d'un point de surveillance G2/M fonctionnel pour assurer la réparation de leur ADN endommagé. Le cycle de division cellulaire et l'horloge circadienne sont couplés de multiples façons, puisque plusieurs composants moléculaires du cycle cellulaire sont contrôlés de manière circadienne. En effet, la synthèse de Wee1, qui inhibe la transition G2/M, est renforcée par le complexe CLOCK-BMAL1 qui joue un rôle central dans l'horloge circadienne des mammifères . Diverses études ont permis d’observer que la protéine Wee1 est fortement exprimées dans plusieurs types de cancer, notamment les cancers du sein , les cancers du col de l'utérus , les cancers du poumon , la leucémie et bien d'autres. Ces observations suggèrent alors que Wee1 pourrait être une nouvelle cible thérapeutique dans le traitement du cancer.

Inhibiteur de Wee1 comme cible thérapeutique

Implication de Wee1 dans le point de contrôle G2/M du cycle de division cellulaire

Lorsque combiné à des agents chimio thérapeutiques, l’utilisation de AZD1775, un inhibiteur de la protéine kinase Wee1, a permis d’éliminer le point de surveillance G2/M, ce qui mène à l'apoptose des cellules cancéreuse . De plus, lorsque combiné à des traitements par radiothérapie, il a été démontré que cet inhibiteur augmentait l'efficacité du traitement en agissant comme radiosensibilisateur pour des modèles de cancer du col de l'utérus . 

Le AZD1775 induit une forme particulière d’apoptose, soit la catastrophe mitotique. Ce processus est associé à une activation inappropriée du facteur de promotion de la mitose (MPF). Un fonctionnement anormal des systèmes de contrôle du cycle cellulaire couplé à une altération de l’ADN provoque l’activation de la catastrophe mitotique ^[21] et induit la mort cellulaire. En parallèle, Do et al. ^[22] ont démontrés que l'inhibition de Wee1 par AZD1775 permet de renforcer la cytotoxicité de divers agents alkylants dont l’action est d’endommager l'ADN de façon à provoquer la mort des cellules cancéreuses. D’ailleurs, cet effet est d’autant plus prononcé dans les cancers présents chez des individus portant des mutations du gène p53, ce qui soutient l'idée que les cellules cancéreuses présentant une déficience au niveau du point de surveillance G1 sont fortement dépendant du point de surveillance de la phase G2 pour échapper à la catastrophe mitotique.

Effet du docétaxel sur l’expression de Wee1

Plusieurs essais cliniques étudient les effets de AZD1775 combiné avec divers médicaments anticancéreux tels que le docétaxel dans le traitement de différents cancers ^[23]. En effet, une corrélation entre Wee1 et docétaxel a été établie par Obi-Ioka et al. ^[24] ; Wee1 est impliqué dans le mécanisme des changements dépendants du rythme circadien dans les lésions intestinales induites par le docétaxel. Un traitement au docétaxel sur une lignée cellulaire de cancer du sein humain provoque la mort cellulaire principalement par le processus de catastrophe mitotique ^[25]. Cette drogue s’est d’ailleurs montrée efficace contre divers cancers tel le cancer du sein, de la prostate, des poumons et de l’ovaire ^[26].

Lorsque employée en parallèle avec d’autres agents comme le AZD1775, le docétaxel permet d’amplifier l’effet du premier sur les cellules cancéreuses. Par contre, le docétaxel provoque des répercussions délétères au niveau des intestins des patients atteints de cancer ^[27]. Ces effets funestes représentent une conséquence du temps de dosage de la drogue, qu’elle soit administrée lors d’une période sombre ou lumineuse ^[27]. D’ailleurs, diverses expériences sur les souris, mammifères nocturnes et actives pendant la nuit, démontrent des formations de lésions sévères lors d’une période de lumière, soit les périodes d’inactivité ^[27]. L’étude démontre qu’un traitement itératif de docétaxel provoque une augmentation de l’expression de l’ARNm de Wee1 et de CKD1 dans l’intestin. La surexpression de l’ARNm de Wee1 provoqué par le docétaxel est particulièrement visible au début de la période d'obscurité. Cette amplification n’est par contre pas observée chez BMAL1 et CLOCK, indiquant que la drogue ne modifie pas la liaison des gènes impliquées dans l’horloge circadienne, mais entraîne un changement au niveau de leur expression ^[24].

Les lésions intestinales provoquées par le docétaxel chez les souris sont moins fatales lorsque l’administration de la drogue se fait pendant une période lumineuse ^[28].  Lors de cette même période, l’effet antitumoral subit une amplification. Ceci s’explique par l’augmentation de l’expression de Wee1 qui inhibe davantage de CDK1 ^[29] et provoque ainsi le processus de catastrophe mitotique ^[21].  De ce fait, il est suggéré que les traitements au docétaxel soient administrés en début de la nuit chez les humains atteints de cancer, afin de prévoir des lésions intestinales moins graves.

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