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Différents types de dommages à l'ADN attaquent constamment l'intégrité de notre génome. Les cassures double brin de l'ADN (CDBs) sont les plus dangereuses. Ces dernières sont en effet à l'origine de translocations chromosomiques et de cancers. Pour y remédier les cellules ont développé plusieurs voies qui détectent, signalent et réparent ces CDBs
Figure: Image de microscopie de super-résolution illustrant les cassures double brin de l'ADN (révélées par Gamma-H2AX, en rouge) dans les centromères (en vert), et dans les régions de coloration dense par le 4',6-diamidino-2-phénylindole (DAPI) (Bleu) correspondant aux pericentromères.
© Evi Soutoglou. Bernardo Reina San Martin.
L'ADN chromosomique est empaqueté à l'intérieur du noyau à différents niveaux de compaction. L'euchromatine, enrichie en gènes actifs, présente une configuration ouverte et accessible aux facteurs de réparation de l'ADN. Par contre, l'hétérochromatine constitutive est pauvre en gènes actifs et reste, elle, très compactée. Les centromères et les régions péricentromèriques font partie de l'hétérochromatine constitutive. Ces domaines sont composés des séquences répétées en tandem qui sont indispensables à la ségrégation des chromosomes pendant la division cellulaire. Ils s'assemblent pour former des structures compactes visibles dans le noyau. Des CDBs se produisant dans ces structures représentent un défi que les cellules doivent surmonter afin de préserver l'intégrité de leur génome. Malgré leur importance majeure, les mécanismes de réparation de l'ADN opérant dans l'hétérochromatine restent à ce jour mal connus.
Pour définir ces mécanismes, un système cellulaire innovant, basé sur la technologie d'édition du génome CRISPR/Cas9, a été développé par les équipes d'Evi Soutoglou et de Bernardo Reina-San-Martin. Ce système permet d'induire des CDBs spécifiquement au niveau des péricentromères ou des centromères. Grace à ce système, ils ont montré que dans les péricentromères, les CDBs se produisant dans la phase G1 du cycle cellulaire sont immobiles et réparées par la voie de jonction des extrémités non homologues (NHEJ, pour Non Homologous End Joining), une voie de réparation qui relie efficacement les extrémités cassées de l'ADN en absence d'une séquence homologue. Pendant les phases S et G2 du cycle cellulaire, lorsque les chromatides soeurs sont présentes suite à la réplication de l'ADN, les CDBs sont d'abord transformées en ADN simple brin par le processus de résection. Ces extrémités simple brin se relocalisent alors vers la périphérie de l'hétérochromatine pour trouver la chromatide soeur, où elles sont réparées par recombinaison homologue (RH), une voie de réparation fidèle. Les CDBs qui ne réussissent pas à se relocaliser, sont alors réparées par des voies de réparation hautement mutagéniques.
Pour déterminer si ce mécanisme est commun à d'autres structures de l'hétérochromatine, les chercheurs ont induit des CDBs au niveau des centromères. Ils ont ainsi trouvé que ces CDBs, contrairement à ceux induits au niveau des péricentromères, sont réparés par NHEJ et RH tout au long du cycle cellulaire, mettant en évidence des différences frappantes dans la réparation de l'ADN entre ces deux structures.
Ces résultats révèlent que la mobilité des CDBs est un mécanisme qui empêche l'activation des voies de réparation de l'ADN mutagéniques au sein de l'hétérochromatine. L'échec de ce processus de protection pourrait être à l'origine du fort taux de mutations et de translocations chromosomiques impliquant l'hétérochromatine qui ont été décrites dans de nombreux cancers.