Des chercheurs découvrent un nouveau modèle de réparation « globale » de l’ADN

Deux études fournissent une image radicalement nouvelle de la façon dont les cellules bactériennes réparent continuellement les sections endommagées (lésions) de leur ADN.

Dirigé par des chercheurs de la NYU Grossman School of Medicine, le travail s’articule autour de la délicatesse des molécules d’ADN, qui sont vulnérables aux dommages causés par les sous-produits réactifs du métabolisme cellulaire, les toxines et la lumière ultraviolette. Étant donné que l’ADN endommagé peut entraîner des modifications préjudiciables du code ADN (mutations) et la mort, les cellules ont évolué pour avoir des mécanismes de réparation de l’ADN. Une question majeure non résolue dans le domaine, cependant, est de savoir comment ces machines recherchent et trouvent rapidement de rares étendues de dommages au milieu des « vastes champs » d’ADN non endommagé.

Des études antérieures avaient montré qu’un mécanisme de recherche important – la réparation couplée à la transcription ou TCR – repose sur l’ARN polymérase, la grande machine protéique (complexe) qui alimente la chaîne d’ADN, lisant le code des « lettres » d’ADN lorsqu’il transcrit les instructions en ARN. molécules, qui dirigent ensuite la construction des protéines. Entrant dans l’étude actuelle, cependant, le mécanisme TCR a été mal compris, disent les auteurs de l’étude.

Des travaux largement acceptés, y compris des études qui ont mené à une Prix ​​noble 2015, avaient fait valoir que le TCR jouait un rôle relativement faible dans la réparation car il reposait sur un facteur TCR putatif qui n’apportait qu’une contribution marginale à la réparation de l’ADN. Un processus parallèle, la réparation globale du génome (GGR), a été supposé balayer et fixer la majeure partie de l’ADN indépendamment de la transcription. On pensait que les deux processus préparaient le terrain pour la réparation par excision de nucléotides (NER), dans laquelle une partie endommagée de l’ADN était extraite et remplacée par une copie exacte.

Désormais deux nouvelles études publiées en ligne le 30 mars dans les revues Nature et Communication Nature d’accord, basé sur la première du genre, analyse en plusieurs étapes de la réparation de l’ADN chez les vivants E. coli cellules, que la plupart, sinon la totalité, du NER est couplé à l’ARN polymérase, qui scanne l’ensemble du code génétique bactérien à la recherche de dommages.

« Sur la base de nos résultats, nous devons repenser certaines des théories de base dans le domaine de la réparation de l’ADN », déclare l’auteur principal de l’étude Evgeny Nudler, Ph.D., professeur Julie Wilson Anderson, Département de biochimie et de pharmacologie moléculaire, NYU Langone Health . « Une véritable compréhension d’une telle réparation est un objectif fondamental en médecine, car la plupart des antibiotiques et des chimiothérapies tuent les cellules pathogènes en endommageant leur ADN, et la capacité d’arrêter les réparations rendrait ces cellules beaucoup plus vulnérables aux médicaments existants », ajoute Nudler, également chercheur au Howard Hughes Medical Institute.

Pipeline de découverte

Les études antérieures n’ont pas pu saisir pleinement la réalité biologique du NER chez les bactéries, disent les auteurs actuels, car elles ont utilisé des expériences qui tentaient de recréer des interactions protéiques complexes en dehors des cellules vivantes. Cela a conduit le domaine, par exemple, à définir une protéine appelée Mfd comme l’acteur central du TCR, même si la plupart des réparations de l’ADN se sont déroulées, que Mfd soit présent ou non. Ceci, à son tour, suggérait que le TCR était une voie de réparation mineure. On pensait également que le TCR ne se produisait que dans les régions d’ADN hautement transcrites. On pensait que les emplacements génomiques rarement transcrits, ou les parties du génome supposées être « non transcrites », étaient sujettes à la GGR.

L’étude récemment publiée dans Nature a utilisé une technologie révolutionnaire appelée spectrométrie de masse à réticulation (XLMS) pour cartographier les distances entre les protéines chimiquement liées, et ainsi déterminer pour la première fois les surfaces d’interaction des complexes NER massifs et polymérase lorsqu’ils sont assemblés dans des cellules vivantes. L’équipe a ensuite introduit les données de spectrométrie dans des simulations pilotées par ordinateur, aboutissant à des modèles structurels réalistes.

Contrairement au dogme conventionnel, l’étude a révélé que l’ARN polymérase sert d’échafaudage pour l’assemblage de l’ensemble du complexe NER et de capteur principal des lésions de l’ADN. Il s’est avéré que les principales enzymes NER UvrA et UvrB ne localisent pas la plupart des lésions par elles-mêmes, mais leur sont délivrées par l’ARN polymérase. Ce processus TCR fondamental est indépendant de Mfd, disent les auteurs.

La deuxième étude, publiée dans Communication Nature, toujours dans des cellules vivantes, ont utilisé une technologie de séquençage à haut débit appelée CPD-seq pour suivre l’apparition de lésions de l’ADN lors d’une exposition à la lumière UV et le taux de réparation avec une résolution jusqu’à une seule lettre (nucléotide) dans le code ADN . CPD-seq a montré que l’interférence avec la transcription bactérienne à l’aide de l’antibiotique rifampicine arrête la réparation dans tout le génome bactérien. Les résultats de l’étude soutiennent que le NER est étroitement couplé à la transcription partout dans le chromosome bactérien, l’infrastructure de l’ADN qui abrite tous les gènes.

Dans un autre saut fascinant, des expériences ont montré que les cellules bactériennes, face aux dommages de l’ADN, inhibent l’action de la protéine Rho, le signal de terminaison global qui indique à l’ARN polymérase d’arrêter de lire. Avec les signaux d’arrêt composés, les ARN polymérases lisent encore et encore, délivrant les enzymes de réparation aux dommages à l’ADN partout où ils ont été rencontrés dans le génome.

« Compte tenu de nos découvertes, nous théorisons que les eucaryotes, y compris les cellules humaines, utilisent également l’ARN polymérase pour une réparation efficace à l’échelle mondiale, car les complexes bactériens TCR décrits ici ont des analogues humains », déclare le co-premier auteur du Nature étudier Binod Bharati, Ph.D., un chercheur post-doctoral dans le laboratoire de Nudler. « À l’avenir, notre équipe prévoit de confirmer la présence de TCR global dans les cellules humaines et, si elle est confirmée, d’explorer si, à l’avenir, la réparation pourrait être stimulée en toute sécurité pour contrer les maladies du vieillissement. »