Recombinaison homologue, NHEJ et sauvegarde de l’intégrité génomique

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Un défaut des systèmes de détection et de réparation des cassures double brin de l’ADN peut être à l’origine de la formation d’un cancer. Afin de mieux comprendre ce processus, notre équipe étudie les mécanismes moléculaires des deux voies de réparation de ces lésions génotoxiques: la Recombinaison Homologue et la NHEJ. D’autre part, ces systèmes de réparation permettent aux cellules cancéreuses de résister aux traitements anticancéreux basés sur la radiothérapie ou la chimiothérapie utilisant des substances comme la mitomycine C ou le cisplatine. En effet, le principe de ces traitements est d’induire la formation de cassures double brin dans l’ADN des cellules cancéreuses pour les tuer. La Recombinaison Homologue et la NHEJ sont donc des cibles de choix pour concevoir des moyens pour améliorer l’efficacité des ces traitements anticancéreux.

Notre équipe s’attache à étudier les mécanismes de réparation des cassures double-brin de l’ADN au niveau moléculaire, en particulier la recombinaison homologue et la voie de Jonction d’Extrémités Non-Homologues (NHEJ) par une combinaison d’approches bochimiques et de biologie cellulaire. Nous utilisons également des m éthodes ‘single molecule’ qui nous permettent de visualiser et de suivre le comportement dynamique des protéines impliquées dans le processus de réparation à l’oeuvre sur des molécules d’ADN isolées. Pour cela nous utilisons des pincettes optiques pour attacher et manipuler des molécules d’ADN isolées, et la microscopie à fluorescence pour observer en temps réel des protéines marquées interagir avec le substrat d’ADN.

Nos projets

L’ADN est une molécule qui est souvent endommagée. Si ces lésions ne sont pas réparées ou mal réparées, des mutations peuvent apparaître et conduire à un état d’instabilité génomique. Une cellule dans un tel état peut se mettre à proliférer anormalement et être à l’origine de la formation d’une tumeur, ou simplement être vouée à mourir. La réparation efficace des lésions est donc une nécessité majeure pour les organismes vivants. Parmi ces lésions, les cassures double-brin de l’ADN sont particulièrement dangereuses car elles peuvent induire des aberrations chromosomiques comme des translocations ou la perte d’un fragment de chromosome.

Pour contrecarrer les effets potentiellement pernicieux des cassures double-brin, nos cellules possèdent deux systèmes de réparation. Un premier système utilise la “Recombinaison Homologue” dont le cœur de la réaction est un échange de brin entre deux molécules d’ADN identiques ou quasi identiques et catalysée par la recombinasse RAD51, l’équivalent de RecA chez la bactérie. Nous savons que ce système représente un élément puissant pour protéger l’intégrité du génome mais que s’il est utilisé de manière incorrecte par la cellule, ou est perturbé et défectueux, les répercussions peuvent conduire à l’apparition de cancers comme c’est le cas pour le cancer du sein lorsque la protéine régulatrice BRCA2 est défective. L’autre système de réparation des cassures double-brin de l’ADN est la Jonction d’Extrémités Non-Homologues (ou NHEJ en anglais). Il implique un groupe de protéines effectrices distinctes du premier système, et notamment l’ADN Ligase 4 humaine et ses cofacteurs XRCC4 et XLF auxquelles nous nous intéressons directement. Ce système NHEJ joue un rôle primordial dans la réparation des cassures double-brin de l’ADN induites par les radiations ionisantes, et protège le génome des cellules humaines contre l’apparition de translocations.

Le but de notre recherche est de comprendre précisément comment ces deux systèmes de réparation fonctionnent au niveau moléculaire. Pour cela, nous étudions les activités des protéines de la réparation in vitro par la biochimie classique d’ensemble et mais aussi in vivo par des approches de biologie cellulaire. En outre, nous utilisons une approche « molécule unique » qui permet la visualisation directe en temps réel des protéines de la réparation en action sur une molécule d’ADN unique.

Nous espérons à terme pouvoir apporter, grâce à nos recherches, de nouvelles connaissances permettant d’améliorer les traitements médicaux existants en pathologie humaine ou offrir de nouvelles perspectives thérapeutiques pour soigner le cancer.