© Ikrame Lazar, Nadine Puget et Gaëlle Legub
Les cellules de l’organisme sont constamment soumises à des menaces pouvant induire des cassures de l’ADN. Ces menaces peuvent être d’origine exogène, lors de l’exposition à certains agents génotoxiques, ou endogène, due à l’activité métabolique de la cellule. Dans ce dernier cas, il est maintenant connu que les régions du génome dites « actives » car les gènes à l’intérieur sont exprimés, sont susceptibles de subir des cassures double-brin de l’ADN lors de la transcription et il est important d’étudier les mécanismes de réparation de l’ADN précisément dans ces régions actives. En effet, ces régions permettant notamment l’expression de gènes cruciaux pour la vie, les cellules ont mis en place des mécanismes spécifiques permettant de réparer l’ADN avec un minimum d’erreur, afin de protéger la cellule mais également l’organisme en évitant l’apparition de cancers notamment.
La protéine BLM (Bloom syndrome protein) est la protéine dont les mutations sont responsables du syndrome de Bloom, une maladie génétique notamment caractérisée par une prédisposition au cancer. La protéine BLM est une ADN hélicase, c’est-à-dire qu’elle possède une activité permettant de dérouler des structures particulières de l’ADN, fonction qui est cruciale dans tous les mécanismes mettant en jeu une ouverture de la double hélice d’ADN, tels que la réplication ou la réparation de cassures.
BLM étant connue pour être un acteur important de la réparation de l’ADN par le mécanisme de recombinaison homologue, les scientifiques ont étudié son rôle dans la voie spécifique de gestion des cassures double-brin de l’ADN présentes au niveau de régions actives. Pour cela, ils ont utilisé le système cellulaire DIvA qui permet l’induction simultanée de multiples cassures double-brin de l'ADN à des endroits annotés du génome. Les chercheurs avaient déjà montré l’accumulation de structures hybrides ADN/ARN, encore appelées « R-loops », au niveau des cassures de l’ADN dans les régions actives et l’importance de la résolution de ces structures par la protéine sénataxine. En effet, l’accumulation persistante de R-loops aux cassures de l’ADN est hautement toxique pour les cellules. Dans cette nouvelle étude, ils observent que l’accumulation de ces hybrides ADN/ARN favorise le recrutement de BLM au niveau des cassures double-brin dans les gènes actifs. En bloquant l’expression de BLM par des approches d’ARN interférents, ils montrent que, de manière inattendue, BLM est un acteur majeur de la toxicité cellulaire induite par l’accumulation de R-loops aux cassures de l’ADN.
Afin de déterminer les mécanismes moléculaires sous-jacents, les scientifiques ont développé une méthode (appelée EdU-seq) permettant d’identifier à l’échelle du génome la synthèse de novo d’ADN qui survient au niveau des cassures. Ils ont ainsi mis en évidence que dans des conditions d’accumulation des R-loops, BLM favorise une synthèse anormale d’ADN au niveau des régions lésées et celle-ci est dépendante de l’ADN polymérase d et en particulier de la protéine POLD3. Ces mécanismes induisent une réparation incorrecte des cassures double-brin d’ADN aboutissant à la forte toxicité cellulaire.
L’ensemble de ces résultats révèle les rôles pléiotropiques de la protéine BLM et améliore la compréhension des mécanismes spécifiques de réparation des cassures double-brin de l’ADN qui surviennent dans la chromatine active. L’importance de BLM dans la réparation de l’ADN ouvre la voie au développement de molécules agissant sur son activité qui pourraient être utilisées en combinaison avec des agents chimiothérapeutiques induisant des cassures de l’ADN afin d’en potentialiser les effets.
Figure: Modèle du recrutement de BLM suite aux cassures double-brin de l’ADN induites dans les gènes actifs. En l’absence de la sénataxine (SETX), les R-loops s’accumulent et favorisent le recrutement de BLM qui, de façon coordonnée avec POLD3, induit une réparation incorrecte de l’ADN, ces mécanismes aboutissant à une forte toxicité cellulaire.
© Ikrame Lazar et Gaëlle Legube
A POLD3/BLM dependent pathway handles DSBs in transcribed chromatin upon excessive RNA:DNA hybrid accumulation.
Cohen S, Guenolé A, Lazar I, Marnef A, Clouaire T, Vernekar DV, Puget N, Rocher V, Arnould C, Aguirrebengoa M, Genais M, Firmin N, Shamanna RA, Mourad R, Bohr VA, Borde V, Legube G.
Nat Commun. 19 avril 2022. doi: 10.1038/s41467-022-29629-2
Laboratoire:
Centre de biologie intégrative de Toulouse (CBI) - Unité de biologie moléculaire, cellulaire et du développement (MCD) - (CNRS/Université Paul Sabatier) 169 Avenue Marianne Grunberg-Manago. 31062 Toulouse Cedex 9.
Contact:
Gaëlle Legube -Directrice de recherche CNRS - gaelle.legube at univ-tlse3.fr
Source: CNRS INSB