Le cycle cellulaire est contrôlé par des modifications post-traductionnels de protéines, surtout la phosphorylation et l’ubiquitination. Les Kinases Dépendantes de Cyclines (CDKs) sont des régulateurs fondamentaux, dont l’importance est conservée dans le royaume des eucaryotes. Les CDKs agissent comme des ”intérupteurs moléculaires”, et sont nécessaires pour induire des transitions rapides et unidirectionnelles dans le cycle cellulaire : l’initiation de la réplication de l’ADN et l’entrée en mitose. L’impacte majeur en recherche biomédicale de la découverte des CDKs fut reconnu par l’attribution du prix Nobel en Médecine en 2001 à Nurse, Hartwell et Hunt. La compréhension des réseaux moléculaires en amont et en aval des CDKs reste un défi majeur.
L’activation des CDKs constitue la première étape qui engage la cellule à répliquer son ADN et à traverser un cycle cellulaire. En utilisant un système modèle de levure, nous avons trouvé (Fisher and Nurse, 1996) que l’oscillation de l’activité d’un complexe cycline-CDK suffit pour ordonner le cycle cellulaire. Ces résultats étaient à l’origine du modèle "quantitatif" du cycle cellulaire, dont les principes sont identiques dans des cellules des vertébrés.
Dans ce modèle, une activité CDK élevée déclenche l’entrée en mitose et empêche la formation des complexes pré-réplicatifs aux origines de réplication, et une activité plus basse conduit à l’initiation de la réplication. En revanche, normalement, des complexes cycline-CDK différents promouvent la phase S et la phase M, mais ceux-ci montrent des redondances fonctionnelles l’absence d’une cycline ou CDK étant compensée par une autre. Cette redondance fonctionnelle complique notre compréhension des fonctions des cyclines et des CDKs différentes.
Un de nos buts est de décrire des substrats essentiels de CDKs et comprendre comment leur phosphorylation déclenche et organise la réplication de l’ADN. Nous aimerions aussi comprendre comment le réseau de contrôle des CDKs assure l’ordre des phases S et phases M et maintien leur indépendance, ainsi évitant une instabilité du génome.
Enfin, nous voulons savoir comment la décision d’une cellule de répliquer est prise : comment les signaux pro-prolifération affecte le réseau de contrôle des CDKs, et comment le noyau est réorganisé d’un état quiéscent en état compétent à répliquer. Pour répondre à ces questions nous utilisons une approche de "biologie du système" de protéomique fonctionnelle.
Les principes fondamentaux du contrôle du cycle cellulaire sont les mêmes dans toutes les cellules eucaryotes, et nos avancées les plus importantes dans ce domaine proviennent des études des cycles cellulaires simples dans des systèmes modèles, comme les levures ou les oeufs d’amphibien.
Dans notre équipe, nous utilisons le système modèle des extraits d’oeuf de Xénope, qui récapitulent des cycles cellulaires régulés in vitro, en l’absence de transcription. Nous utilisons également différentes cellules humaines, non-transformées ou des lignées de cancers, pour étudier la conservation des mécanismes et ainsi en identifier les plus importants.
Enfin, en raison de leur importance dans le contrôle de la prolifération cellulaire, les CDKs sont impliquées dans une grande variété de pathologies, dont des cancers, des infections virales et protozoaires, l’inflammation chronique, et même des accidents cérébraux ou des maladies neurodégénératives.
Ce sont donc des cibles thérapeutiques potentielles, et de nombreux inhibiteurs chimiques ont été développés. L’inhibition chimique constitue aussi une approche expérimentale importante pour les études physiologiques, car, contrairement à l’interférence ou des knockouts génétiques, la présence de toutes les protéines du système est maintenue, ce qui empêche la formation des complexes non-naturels. En combinant des approches de déplétion et d’inhibition chimique, nous avons récemment trouvé que CDK1 et CDK2 ont des rôles distinctes mais partiellement redondantes dans l’initiation de la réplication de l’ADN (Krasinska et al., 2008). Nous sommes actuellement en train de développer une approche nouvelle de génétique-chimique pour inhiber et restaurer les fonctions des complexes cycline-CDK précis.
