Mechanisms orchestrating cell cycle exit operating G2

La dérégulation du système de surveillance qui bloque la prolifération lorsque l'intégrité du génome est compromise fait partie intégrante de la cancérogenèse. Nous cherchons à décortiquer les mécanismes qui, en phase G2, orchestrent l'arrêt du cycle cellulaire, irréversible, en présence des lésions de l'ADN (sénescence) ou réversible (quiescence), en absence de signaux mitogéniques ou confluence. L'objectif du premier volet fut d'élucider les rôles respectifs de l'inhibiteur de CDK (CKI) p21Waf1 et des kinases Chk1 et Chk2 dans l'arrêt en G2 dû au stress génotoxique menant à la sénescence. Nous avons montré que dans les cellules humaines normales cet arrêt nécessite l'action de p21 et Chk1 tandis que Chk2 n'est pas requise. Au contraire, dans plusieurs lignées cancéreuses, malgré la présence de p53, ce rôle de p21 est compromis à cause d'une activation inefficace de la kinase ATM. Par conséquent, en dépit d'une forte activation de Chk1 bloquant la mitose, ces cellules ne parviennent pas à initier la sénescence (Lossaint et al., soumis). L'objectif du deuxième volet fut de mettre en évidence le programme déclenchant la quiescence lors de confluence ou en absence de sérum. Les travaux antérieurs de l'équipe ont montré que cette décision pouvait être prise avant la mitose même si l'arrêt du cycle n'a lieu qu'en phase G1 suivante. En étudiant les fibroblastes synchronisés nous avons trouvé que la quiescence est précédée par l'inhibition pré-mitotique de la phosphorylation de pRb due à une diminution de cycline D1 et une stabilisation du CKI p27Kip1 (Chassot et al., 2008). De plus, nos résultats récents montrent que la présence de sérum entre le point R et la mitose est requise pour initier la réplication de l'ADN au cycle suivant. Les travaux futurs devraient élucider comment différentes voies de signalisation, via la voie cycline D-pRb, affectent divers composants de l'appareil de réplication de l'ADN pour inhiber la progression du cycle de façon réversible ou irréversible.Cancer is a multi-step process resulting from abrogation of several barriers to uncontrolled proliferation. They include inhibitory pathways with appropriate checkpoints that lead to reversible (quiescence) or irreversible (senescence, apoptosis) block of cell proliferation. We are especially interested in pathways orchestrating cell cycle exit that operate in the G2 phase. The first objective of this thesis was to decipher mechanisms that prevent mitosis in response to DNA damage. We found that Cdk inhibitor p21Waf1 plays a crucial role in blocking mitotic onset in normal cells; acting in tandem with checkpoint kinase Chk1, p21 inactivates mitotic Cdks and inhibits pRb phosphorylation, thereby irreversibly blocking mitotic entry. In contrast, in p53-proficient transformed cells, the induction of p21 in G2 is impaired, most likely because of deficient ATM activation. While, in some cases, Chk1 hyper-activation prevents mitosis, the absence of p21 compromises the senescence program from G2. Finally, we showed that Chk2 is dispensable for G2 arrest in both non-transformed and transformed cells (Lossaint et al., submitted). Our second objective was to elucidate the pathways that induce quiescence (G0). This reversible cell cycle exit occurs in G1, requires pRb family members and p27Kip1-dependent Cdk inactivation. Based on observations obtained in our team and the data in the literature, we hypothesized that reversible cell cycle exit program might be launched before mitosis. By using an in vitro wounding model, we showed that confluence-driven quiescence is preceded by pre-mitotic CDK inhibition by p27, cyclin D1 downregulation and reduced pre-mitotic pRb phosphorylation (Chassot et al., 2008). Moreover, our results obtained in synchronized fibroblasts that were serum-starved after release from G1/S block suggest that cyclin D1 might stimulate proliferation by keeping pocket proteins phosphorylated during G2/M progression (Lossaint et al., in preparation)

Mechanisms orchestrating cell cycle exit operating G2

La dérégulation du système de surveillance qui bloque la prolifération lorsque l'intégrité du génome est compromise fait partie intégrante de la cancérogenèse. Nous cherchons à décortiquer les mécanismes qui, en phase G2, orchestrent l'arrêt du cycle cellulaire, irréversible, en présence des lésions de l'ADN (sénescence) ou réversible (quiescence), en absence de signaux mitogéniques ou confluence. L'objectif du premier volet fut d'élucider les rôles respectifs de l'inhibiteur de CDK (CKI) p21Waf1 et des kinases Chk1 et Chk2 dans l'arrêt en G2 dû au stress génotoxique menant à la sénescence. Nous avons montré que dans les cellules humaines normales cet arrêt nécessite l'action de p21 et Chk1 tandis que Chk2 n'est pas requise. Au contraire, dans plusieurs lignées cancéreuses, malgré la présence de p53, ce rôle de p21 est compromis à cause d'une activation inefficace de la kinase ATM. Par conséquent, en dépit d'une forte activation de Chk1 bloquant la mitose, ces cellules ne parviennent pas à initier la sénescence (Lossaint et al., soumis). L'objectif du deuxième volet fut de mettre en évidence le programme déclenchant la quiescence lors de confluence ou en absence de sérum. Les travaux antérieurs de l'équipe ont montré que cette décision pouvait être prise avant la mitose même si l'arrêt du cycle n'a lieu qu'en phase G1 suivante. En étudiant les fibroblastes synchronisés nous avons trouvé que la quiescence est précédée par l'inhibition pré-mitotique de la phosphorylation de pRb due à une diminution de cycline D1 et une stabilisation du CKI p27Kip1 (Chassot et al., 2008). De plus, nos résultats récents montrent que la présence de sérum entre le point R et la mitose est requise pour initier la réplication de l'ADN au cycle suivant. Les travaux futurs devraient élucider comment différentes voies de signalisation, via la voie cycline D-pRb, affectent divers composants de l'appareil de réplication de l'ADN pour inhiber la progression du cycle de façon réversible ou irréversible.Cancer is a multi-step process resulting from abrogation of several barriers to uncontrolled proliferation. They include inhibitory pathways with appropriate checkpoints that lead to reversible (quiescence) or irreversible (senescence, apoptosis) block of cell proliferation. We are especially interested in pathways orchestrating cell cycle exit that operate in the G2 phase. The first objective of this thesis was to decipher mechanisms that prevent mitosis in response to DNA damage. We found that Cdk inhibitor p21Waf1 plays a crucial role in blocking mitotic onset in normal cells; acting in tandem with checkpoint kinase Chk1, p21 inactivates mitotic Cdks and inhibits pRb phosphorylation, thereby irreversibly blocking mitotic entry. In contrast, in p53-proficient transformed cells, the induction of p21 in G2 is impaired, most likely because of deficient ATM activation. While, in some cases, Chk1 hyper-activation prevents mitosis, the absence of p21 compromises the senescence program from G2. Finally, we showed that Chk2 is dispensable for G2 arrest in both non-transformed and transformed cells (Lossaint et al., submitted). Our second objective was to elucidate the pathways that induce quiescence (G0). This reversible cell cycle exit occurs in G1, requires pRb family members and p27Kip1-dependent Cdk inactivation. Based on observations obtained in our team and the data in the literature, we hypothesized that reversible cell cycle exit program might be launched before mitosis. By using an in vitro wounding model, we showed that confluence-driven quiescence is preceded by pre-mitotic CDK inhibition by p27, cyclin D1 downregulation and reduced pre-mitotic pRb phosphorylation (Chassot et al., 2008). Moreover, our results obtained in synchronized fibroblasts that were serum-starved after release from G1/S block suggest that cyclin D1 might stimulate proliferation by keeping pocket proteins phosphorylated during G2/M progression (Lossaint et al., in preparation).MONTPELLIER-BU Sciences (341722106) / SudocSudocFranceF

FANCD2 Binds MCM Proteins and Controls Replisome Function upon Activation of S Phase Checkpoint Signaling

International audienc

La régulation réciproque de p21 et de Chk1 contrôle la voie de la cycline D1-RB pour induire le début de la sénescence après l'arrêt de G2

International audienceABSTRACT Senescence is an irreversible withdrawal from cell proliferation that can be initiated after DNA damage-induced cell cycle arrest in G2 phase to prevent genomic instability. Senescence onset in G2 requires p53 (also known as TP53) and retinoblastoma protein (RB, also known as RB1) family tumour suppressors, but how they are regulated to convert a temporary cell cycle arrest into a permanent one remains unknown. Here, we show that a previously unrecognised balance between the cyclin-dependent kinase (CDK) inhibitor p21 and the checkpoint kinase Chk1 controls cyclin D–CDK activity during G2 arrest. In non-transformed cells, p21 activates RB in G2 by inhibiting cyclin D1 complexed with CDK2 or CDK4. The resulting G2 exit, which precedes the appearance of senescence markers, is associated with a mitotic bypass, Chk1 downregulation and reduction in the number of DNA damage foci. In p53/RB-proficient cancer cells, a compromised G2 exit correlates with sustained Chk1 activity, delayed p21 induction, untimely cyclin E1 re-expression and genome reduplication. Conversely, Chk1 depletion promotes senescence by inducing p21 binding to cyclin D1– and cyclin E1–CDK complexes and downregulating CDK6, whereas knockdown of the checkpoint kinase Chk2 enables RB phosphorylation and delays G2 exit. In conclusion, p21 and Chk2 oppose Chk1 to maintain RB activity, thus promoting the onset of senescence induced by DNA damage in G2.La sénescence est un retrait irréversible de la prolifération cellulaire qui peut être initié après l'arrêt du cycle cellulaire induit par des dommages à l'ADN en phase G2 pour prévenir l'instabilité génomique. L'apparition de la sénescence dans G2 nécessite des suppresseurs de tumeurs de la famille p53 (également connu sous le nom de TP53) et de la protéine du rétinoblastome (RB, également connu sous le nom de RB1), mais la façon dont ils sont régulés pour convertir un arrêt temporaire du cycle cellulaire en un arrêt permanent reste inconnue. Ici, nous montrons qu'un équilibre précédemment non reconnu entre l'inhibiteur p21 de la kinase dépendante de la cycline (CDK) et la kinase de point de contrôle Chk1 contrôle l'activité de la cycline D – CDK lors de l'arrêt de G2. Dans les cellules non transformées, p21 active RB dans G2 en inhibant la cycline D1 complexée avec CDK2 ou CDK4. La sortie G2 qui en résulte, qui précède l'apparition des marqueurs de sénescence, est associée à un pontage mitotique, à une régulation négative de Chk1 et à une réduction du nombre de foyers de dommages à l'ADN. Dans les cellules cancéreuses compétentes en p53 / RB, une sortie G2 compromise est corrélée à une activité soutenue de Chk1, à une induction retardée de p21, à une réexpression intempestive de la cycline E1 et à une reduplication du génome. Inversement, la déplétion de Chk1 favorise la sénescence en induisant la liaison de p21 aux complexes cycline D1 et cycline E1-CDK et en régulant à la baisse CDK6, tandis que l'inactivation de la kinase de point de contrôle Chk2 permet la phosphorylation de RB et retarde la sortie de G2. En conclusion, p21 et Chk2 s'opposent à Chk1 pour maintenir l'activité RB, favorisant ainsi l'apparition de la sénescence induite par les dommages à l'ADN dans la phase G2

CD44v6 Defines a New Population of Circulating Tumor Cells Not Expressing EpCAM

International audienceCirculating tumor cells (CTCs) are promising diagnostic and prognostic tools for clinical use. In several cancers, including colorectal and breast, the CTC load has been associated with a therapeutic response as well as progression-free and overall survival. However, counting and isolating CTCs remains sub-optimal because they are currently largely identified by epithelial markers such as EpCAM. New, complementary CTC surface markers are therefore urgently needed. We previously demonstrated that a splice variant of CD44, CD44 variable alternative exon 6 (CD44v6), is highly and specifically expressed by CTC cell lines derived from blood samples in colorectal cancer (CRC) patients. Two different approaches-immune detection coupled with magnetic beads and fluorescence-activated cell sorting-were optimized to purify CTCs from patient blood samples based on high expressions of CD44v6. We revealed the potential of the CD44v6 as a complementary marker to EpCAM to detect and purify CTCs in colorectal cancer blood samples. Furthermore, this marker is not restricted to colorectal cancer since CD44v6 is also expressed on CTCs from breast cancer patients. Overall, these results strongly suggest that CD44v6 could be useful to enumerate and purify CTCs from cancers of different origins, paving the way to more efficacious combined markers that encompass CTC heterogeneity

CD44v6 Defines a New Population of Circulating Tumor Cells Not Expressing EpCAM

International audienceCirculating tumor cells (CTCs) are promising diagnostic and prognostic tools for clinical use. In several cancers, including colorectal and breast, the CTC load has been associated with a therapeutic response as well as progression-free and overall survival. However, counting and isolating CTCs remains sub-optimal because they are currently largely identified by epithelial markers such as EpCAM. New, complementary CTC surface markers are therefore urgently needed. We previously demonstrated that a splice variant of CD44, CD44 variable alternative exon 6 (CD44v6), is highly and specifically expressed by CTC cell lines derived from blood samples in colorectal cancer (CRC) patients. Two different approaches—immune detection coupled with magnetic beads and fluorescence-activated cell sorting—were optimized to purify CTCs from patient blood samples based on high expressions of CD44v6. We revealed the potential of the CD44v6 as a complementary marker to EpCAM to detect and purify CTCs in colorectal cancer blood samples. Furthermore, this marker is not restricted to colorectal cancer since CD44v6 is also expressed on CTCs from breast cancer patients. Overall, these results strongly suggest that CD44v6 could be useful to enumerate and purify CTCs from cancers of different origins, paving the way to more efficacious combined markers that encompass CTC heterogeneity

FANCD2 Binds MCM Proteins and Controls Replisome Function upon Activation of S Phase Checkpoint Signaling

Proteins disabled in Fanconi anemia (FA) are necessary for the maintenance of genome stability during cell proliferation. Upon replication stress signaling by ATR, the FA core complex monoubiquitinates FANCD2 and FANCI in order to activate DNA repair. Here, we identified FANCD2 and FANCI in a proteomic screen of replisome-associated factors bound to nascent DNA in response to replication arrest. We found that FANCD2 can interact directly with minichromosome maintenance (MCM) proteins. ATR signaling promoted the transient association of endogenous FANCD2 with the MCM2-MCM7 replicative helicase independently of FANCD2 monoubiquitination. FANCD2 was necessary for human primary cells to restrain DNA synthesis in the presence of a reduced pool of nucleotides and prevented the accumulation of single-stranded DNA, the induction of p21, and the entry of cells into senescence. These data reveal that FANCD2 is an effector of ATR signaling implicated in a general replisome surveillance mechanism that is necessary for sustaining cell proliferation and attenuating carcinogenesis