Le maintien de la stabilité génomique est essentiel pour prévenir la mort cellulaire indue ou la néoplasie (Cassidy et Venkitaraman, 2012). Les lésions critiques de l’ADN, telles que les cassures double brin (CDB), activent la réponse aux dommages de l’ADN (DDR) – un vaste réseau de signalisation qui implique la réparation de l’ADN, l’activation des points de contrôle du cycle cellulaire et une modulation importante de l’expression des gènes et de nombreuses voies métaboliques (Ciccia et Elledge, 2010 ; Hiom, 2010). Les CSD sont induites par les rayonnements ionisants, les substances chimiques radiomimétiques et les radicaux libres endogènes. Elles accompagnent le blocage de la fourche de réplication et sont formées et refermées lors de la recombinaison méiotique et du réarrangement des gènes des récepteurs d’antigènes pendant le développement du système immunitaire. Les principales voies de réparation des CDB sont la jonction des extrémités non homologues (NHEJ), sujette aux erreurs, et la réparation par recombinaison homologue à haute fidélité (HRR ; Holthausen et al., 2010 ; Lieber, 2010). Le vaste et puissant réseau de signalisation évoqué par les DSB commence par l’accumulation rapide aux sites de DSB d’un grand groupe de protéines surnommées  » capteurs  » ou  » modérateurs  » et se poursuit par l’activation de plusieurs protéines kinases ( » transducteurs « ) aux fonctions partiellement redondantes qui relaient le signal vers de nombreux effecteurs en aval, qui sont généralement des acteurs clés des différentes branches de la DDR (Lovejoy et Cortez, 2009 ; Ciccia et Elledge, 2010 ; Lukas et al, Le principal transducteur de l’alarme DSB est la sérine-thréonine kinase ataxia telangiectasia (A-T) mutée (ATM ; Banin et al., 1998 ; Canman et al., 1998), qui est activée en réponse à l’induction de DSB (Bakkenist et Kastan, 2003) et phosphoryle ensuite une pléthore de substrats (Matsuoka et al., 2007 ; Bensimon et al., 2010). ATM appartient à une famille conservée de protéines kinases de type phosphoinositide 3-kinase (PIKKs) qui comprend, entre autres, deux autres transducteurs majeurs de la DDR : la sous-unité catalytique de la protéine kinase ADN-dépendante (DNA-PKcs) et ATR (ataxia telangiectasia and Rad3 related). Ces trois kinases entretiennent des relations fonctionnelles étroites (Lovejoy et Cortez, 2009). Des preuves récentes suggèrent que la large capacité d’ATM en tant que protéine kinase lui permet de réguler d’autres processus, tels que les niveaux de stress oxydatif (Guo et al., 2010), et de jouer un rôle dans des arènes cytoplasmiques, non liées à la DDR, parmi lesquelles l’homéostasie mitochondriale (Yang et al., 2011 ; Valentin-Vega et Kastan, 2012 ; Valentin-Vega et al., 2012).

Les mutations germinales humaines qui abrogent les réponses cellulaires aux dommages de l’ADN provoquent de graves syndromes d’instabilité génomique (Jeppesen et al., 2011). Le gène ATM est muté dans le syndrome d’instabilité génomique, A-T (Savitsky et al., 1995). L’A-T est caractérisé par une neurodégénérescence progressive, une immunodéficience, une prédisposition au cancer, une instabilité génomique et une sensibilité aux agents induisant des DSB (McKinnon, 2012). La maladie est causée par des mutations ATM nulles, et les patients présentent généralement une perte complète de la protéine ATM (Gilad et al., 1996).

Les études des processus dépendants de l’ATM reposent généralement sur des cellules humaines de type sauvage par rapport aux cellules A-T, sur le knockdown de l’ATM par ARNi, sur la reconstitution de cellules déficientes en ATM par l’expression ectopique de la protéine ATM de type sauvage ou morte en kinase, ou sur le traitement des cellules cultivées par des inhibiteurs de l’ATM. Les laboratoires qui utilisent ces systèmes expérimentaux estiment depuis longtemps que les conséquences physiologiques de la perte d’ATM par opposition à l’hébergement d’ATM inactif peuvent ne pas être similaires (Choi et al., 2010). Les articles de Daniel et al. et de Yamamoto et al. (tous deux dans ce numéro) apportent des preuves solides de cette notion et marquent un tournant dans notre vision du mode de fonctionnement de l’ATM. Les deux travaux sont basés sur la manipulation du gène Atm chez la souris.

Les souris knockout ATM existent depuis longtemps. Ces souris présentent la plupart des symptômes de l’A-T, notamment un faible poids corporel, la stérilité, la radiosensibilité et la prédisposition au cancer, mais la neurodégénérescence est considérablement moins marquée chez ces animaux par rapport à celle observée chez les patients humains atteints d’A-T (Barlow et al., 1996 ; Elson et al., 1996 ; Xu et al., 1996 ; Borghesani et al., 2000). Ainsi, avant l’émergence du cancer et sans exposition aux radiations, le phénotype Atm-/- murin est relativement modéré. En utilisant l’expression de transgènes Atm mutants dans un fond Atm-/- (Daniel et al., 2012) et par knockin direct (Yamamoto et al., 2012), les deux groupes ont généré de nouvelles souches de souris dépourvues d’activité Atm ; plutôt que d’être dépourvus d’Atm, ces animaux expriment des niveaux physiologiques de protéine catalytiquement inactive (kinase morte). Il est frappant de constater que dans les deux laboratoires, ce génotype a entraîné une létalité embryonnaire précoce, avec une instabilité génomique inhérente supérieure à celle observée chez les animaux Atm-/- (Fig. 1). L’expression conditionnelle de la protéine mutante dans le système immunitaire a réduit l’efficacité de la recombinaison V(D)J (variable, diversité et jonction) et du changement de classe d’immunoglobuline – deux processus qui impliquent la voie NHEJ de la réparation des DSB et nécessitent un ATM actif pour un fonctionnement optimal. Cependant, cette réduction était comparable à celle provoquée par l’absence d’Atm. Collectivement, les données des deux laboratoires suggèrent que la voie HRR de la réparation des DSB, plutôt que NHEJ, peut être affectée dans une plus grande mesure par la présence d’Atm inactif par rapport à l’effet obtenu après la perte d’Atm.

Ce phénotype dramatique est vraisemblablement causé par un dysfonctionnement sévère de la DDR, attestant une fois de plus de son importance dans le développement précoce. Le rôle critique de la DDR dans le développement a été documenté par le passé (Phillips et McKinnon, 2007), mais la nouveauté des études actuelles réside dans la différence profonde entre la perte d’Atm et la présence d’Atm catalytiquement inactif. Il en va probablement de même chez l’homme : Les patients A-T présentent généralement une perte d’ATM, et dans les rares cas d’ATM catalytiquement inactif chez les patients, son niveau est suffisamment bas pour permettre la viabilité. Une observation similaire a été faite récemment par Zhang et al. (2011) avec un autre membre de la famille PIKK – DNA-PKcs. Ce groupe a constaté que les souris exprimant une version mutante de DNA-PKcs, dépourvue de trois sites de phosphorylation associés à son activation, meurent peu après la naissance à la suite d’une insuffisance de la moelle osseuse. Il est intéressant de noter que, contrairement à cela, l’abolition de trois sites de phosphorylation dans l’Atm de la souris, dont les équivalents dans l’ATM humain sont phosphorylés pendant son activation (Bakkenist et Kastan, 2003 ; Kozlov et al., 2006), n’a entraîné aucun phénotype discernable (Pellegrini et al., 2006 ; Daniel et al., 2008).

Il semble donc que la présence de niveaux physiologiques d’Atm inactif interfère sévèrement avec la DDR, certainement plus que son absence. Comment cela se fait-il ? Bien que le mécanisme exact de ce phénomène soit inconnu, certaines hypothèses peuvent être formulées. ATM est recruté sur les sites de DSB (Andegeko et al., 2001) et est donc présent dans les énormes foyers nucléaires qui recouvrent ces sites. De nombreuses phosphorylations médiées par ATM se produisent au sein de ces conglomérats de protéines. Il est important de noter que Daniel et al. (2012) et Yamamoto et al. (2012) ont constaté que le recrutement d’Atm, dont la kinase est morte, aux sites de dommages à l’ADN se produit normalement. Il est possible que la présence d’Atm catalytiquement inactif dans ces plaques tournantes DDR perturbe gravement la capacité de la cellule à répondre aux dommages. On peut supposer qu’elle interfère avec la dynamique temporelle ordonnée des événements au sein de ces usines à protéines (Lukas et al., 2011). Une compréhension plus approfondie de l’organisation spatiale de ces assemblages de protéines (Chapman et al., 2012) et de la hiérarchie temporelle des événements qui s’y déroulent pourrait permettre d’élucider le rôle d’ATM non seulement en tant qu’enzyme mais aussi en tant que partie protéique dans ces structures. Il convient de noter que l’ATM est une grande protéine de 3 056 résidus, dont ∼10 % constituent son site actif. Les fonctions régulatrices des 90 % restants de ce polypeptide sont largement élucidées. Dans un sens plus large, ces études montrent de manière convaincante, au niveau de l’organisme, que la perte d’une enzyme et le fait qu’elle reste inactive dans la cellule peuvent être des mondes à part. Dans ce contexte, il serait intéressant de surveiller le développement de tumeurs malignes chez les animaux exprimant le mutant Atm dans leur système lymphoïde. Ceci est particulièrement important car les tumeurs malignes observées chez les souris Atm-/-, similaires aux patients A-T, sont principalement lymphoïdes.

Les implications pour la recherche translationnelle liée à l’ATM sont notables. ATM a naturellement été considéré comme une cible potentielle à inactiver dans les cellules tumorales pour les sensibiliser sélectivement à la radiothérapie (Begg et al., 2011 ; Basu et al., 2012 ; Golding et al., 2012). L’arrivée d’inhibiteurs efficaces de l’ATM (Hickson et al., 2004 ; Golding et al., 2009) a renforcé ces espoirs. La bonne nouvelle est que l’effet de ces inhibiteurs sur la radiosensibilité cellulaire (et, probablement, sur le bien-être général) pourrait être plus profond qu’estimé précédemment, à condition que ces petites molécules puissent être ciblées spécifiquement sur les cellules malignes. D’autre part, l’exposition de tissus corporels normaux en prolifération aux inhibiteurs de l’ATM peut être indésirable, selon le type de tissu. Une telle exposition des tissus normaux à l’inhibition de l’ATM, même brève, pourrait conduire à une instabilité génomique substantielle – une force motrice potentielle vers une nouvelle malignité.