Contribution de l’activité des domaines polo-box et kinase de la Polo-like kinase Cdc5 dans ses fonctions de régulation mitotique et dans le maintien de la stabilité du génome

Abstract

Cdc5 est une protéine clé pour la régulation du cycle cellulaire et le maintien de la stabilité du génome chez Saccharomyces cerevisiae. La perte de régulation des fonctions de son homologue mammifère Plk1 est associée au développement de cellules tumorales chez l’humain. Plk1 et Cdc5 font partie d’une famille de protéines kinases appelée Polo-like kinase (PLK) présentant une architecture générale conservée. Elles arborent un domaine kinase N- terminal suivi en C-terminus par un ou deux motifs polo-box qui forment un domaine polo- box (PBD). La manière dont le PBD et le domaine kinase des PLK agissent de concert pour promouvoir leurs fonctions critiques reste une question sans réponse. Cette étude vise à déterminer la contribution relative du PBD et du domaine kinase de la PLK Cdc5 dans ses fonctions mitotiques et durant la réponse au dommage à l’ADN. Afin de répondre à cet objectif, nous avons effectué un criblage génétique chez la levure dans le but d’identifier des mutations qui moduleraient de manière indépendante l’activité kinase et celle du PBD de la PLK de S. cerevisiae. En utilisant cette approche, nous avons montré que l’activité catalytique de Cdc5 promeut l’accomplissement de plusieurs étapes de la mitose indépendamment de l’activité du PBD. En revanche, les mutants spécifiques du PBD ayant perdu leur capacité à se lier à des phospho-peptides sont capables de finir la mitose mais sont incapables de maintenir l’intégrité de leurs pôles du fuseau mitotique. Ainsi, les cellules avec ce défaut du PBD doublent progressivement la taille de leur génome et perdent ultimement l’intégrité de leur génome. De plus, l’activité propre au PBD est essentielle pour que Cdc5 garde ses fonctions lors de dommages persistants à l’ADN. Une inactivation du PBD de Cdc5 mène à une réduction significative de la survie quand les cellules font face à un stress génotoxique. L’ensemble des résultats présentés mettent l’emphase sur la contribution spécifique des domaines fonctionnels de Cdc5 dans la division cellulaire et révèle comment cette protéine contribue au maintien de la stabilité du génome via sa régulation des pôles de fuseau mitotique.

Cdc5 is a protein kinase crucial for cell cycle regulation and genome stability in Saccharomyces cerevisiae. Misregulation of the mammalian homolog of Cdc5, Plk1, is associated with tumorigenesis in human cells. Cdc5 and Plk1 are part of the Polo-like kinase (PLK) family which is characterized by a general architecture conserved among all members: a N-terminal kinase domain followed in C-terminus by one or two motif, called polo-boxes, that form the polo-box domain (PBD). Importantly, how the PBD and kinase domain of Cdc5/Plk1 work together to promote their critical functions is not well understood. This study aimed at deciphering the relative contribution of the PBD and the kinase domain of Cdc5 in its functions in mitosis and in response to DNA damage. To address this question, we performed a genetic screen to identify mutations that independently modulate the kinase and PBD activities of yeast PLK/Cdc5 and isolated mutants that presented an altered activity in either one of them in vivo. Using this approach, we show that the kinase activity of Cdc5 can promote the execution of several stages of mitosis independently of PBD activity. In contrast, PBD-specific mutants lacking the ability to bind to phosphopeptides are capable of completing mitosis but are unable to maintain spindle-pole body integrity. Consistent with this defect, PBD-deficient cells progressively double the size of their genome and ultimately lose genome integrity. This study also shows that the PBD is critical for the cellular adaptation to persistent DNA damage. Importantly, inactivation of the PBD activity of Cdc5 significantly reduces the resistance of mutant cells to genotoxic stress. Taken together, our results highlight the specific contributions of Cdc5 functional domains to cell division and reveal how this protein help in the maintenance of genome stability via its regulation on spindle-pole bodies.