Division cellulaire, Kinases mitotiques, Plk1, Aurora A, Bora

Au moment de l'entrée en mitose, les cellules subissent une profonde réorganisation de leur architecture essentielle à la ségrégation des chromosomes. Sur le plan biochimique, cette réorganisation est déclenchée par l'activation en cascade de plusieurs kinases mitotiques, dont Aurora Kinase A (AURKA), la Polo-like kinase 1 (Plk1) et les complexes Cycline B-Cdk1, ainsi que par l'inactivation concomitante des phosphatases (PPases). Un élément central dans l'activation de cette cascade de kinases mitotiques est l'activation d'AURKA, qui, comme d'autres kinases, est activée par phosphorylation d'un résidu conservé (Thr288) situé dans la boucle d'activation (ou T-loop). AURKA peut s'autophosphoryler sur sa boucle d'activation, mais ce site est rapidement déphosphorylé par des phosphatases antagonistes durant la phase G2 du cycle cellulaire. Comme la déphosphorylation maintient AURKA dans un état inactif, une question cruciale se pose : comment AURKA, parvient-elle à surmonter l'effet répressif des phosphatases pour déclencher l'entrée en mitose ? La protéine Bora, intrinsèquement désordonnée et conservée au cours de l'évolution, joue un rôle clé dans l'initiation de l'activation des kinases mitotiques. Une fois phosphorylée sur la sérine 112 par la kinase Cycline A-Cdk1, Bora phosphorylée (Phospho-Bora) active AURKA non phosphorylée, guidant son activité vers Plk1, et favorisant ainsi l'activation du complexe Cycline B-Cdk1 et l'entrée en mitose. Cependant, la manière dont Phospho-Bora se lie structurellement à AURKA non phosphorylée pour promouvoir la phosphorylation de la boucle d'activation de Plk1 reste mal comprise. Les déterminants moléculaires clés de cette réaction restent à identifier. Pour aborder cette question, j'ai développé MITOKINAC (MITOtic KINases Activation in E. coli), une approche polyvalente permettant de reconstituer directement, dans E. coli, la phosphorylation de la boucle d'activation de Plk1 dépendante d'AURKA et de Phospho-Bora. Cette méthode a permis le criblage d'un ensemble de 39 mutations de Bora et l'identification des déterminants moléculaires essentiels à la réaction. En combinant MITOKINAC avec la modélisation structurale (AF3) et des essais in vitro, nous apportons la preuve que Bora s'enroule autour du lobe N-terminal d'AURKA afin de positionner la phospho-sérine 112 à proximité du site T288 de la boucle d'activation d'AURKA, imitant ainsi la phosphorylation de la T-loop. De plus, Bora interagit transitoirement avec l'hélice alpha-C du domaine kinase de Plk1 via un motif conservé, guidant l'activité d'AURKA vers la boucle d'activation de Plk1, qui autrement résiste à sa phosphorylation par AURKA. Nous démontrons l'importance de ce motif conservé de Bora in vitro et pour l'entrée en mitose dans des extraits d'oeuf de Xénope. Ainsi, Phospho-Bora active spécifiquement AURKA et localise AURKA à proximité de Plk1 pour déclencher son activation et l'entrée en mitose. Nos résultats apportent un nouvel éclairage sur la manière dont les cellules parviennent à contrôler spatialement et temporellement l'activation de Plk1 au cours de la mitose, ouvrant la voie au développement d'inhibiteurs ciblant spécifiquement cette voie de signalisation.