Les télomères sont des structures nucléoprotéiques localisées aux extrémités des chromosomes linéaires. Ils sont constitués de séquences répétées sur lesquelles des protéines spécifiques se fixent pour en assurer leur protection. Les télomères sont un marqueur du vieillissement, puisqu’ils raccourcissent avec l’âge. Un raccourcissement prématuré dû à des défauts dans les mécanismes de maintenance a des conséquences graves sur le vieillissement cellulaire, sur l’apparition de maladies génétiques nommées téloméropathies et sur le développement de cancers. Au laboratoire, nous nous intéressons aux mécanismes qui assurent la maintenance des télomères tout particulièrement ceux en lien avec la réplication des télomères. En effet, c’est pendant cette phase « critique » que les télomères sont vulnérables. La cellule dispose d’un arsenal de protéines capables de limiter le stress réplicatif aux télomères : nous en étudions les rouages. Pour nos travaux, nous utilisons des lignées cellulaires humaines transformées et la levure Schyzosaccharomyces pombe. Cette levure est un outil puissant puisqu’elle présente une structure télomérique semblable aux télomères humains.

 

Dans les cellules quiescentes (qui ne sont pas en division), les télomères peuvent être aussi endommagés et nous nous sommes aperçus que les mécanismes de réparation sont contrôlés différemment dans ces cellules post-mitotiques. Cette étude constitue également un aspect important de nos recherches.

Mécanismes de maintenance des télomères et stabilité du génome
Gestion du stress réplicatif aux télomères chez S. pombe

Lorsqu’une fourche de réplication progresse vers les séquences télomériques elle est ralentie et peut se bloquer. En effet, les structures secondaires de l’ADN aux niveaux des séquences télomériques constituent des obstacles qui causent l’arrêt des fourches de réplication (Maestroni et al., 2017). Le redémarrage des fourches nécessite donc la résolution de ces structures par des facteurs protéiques qui facilitent la réplication des séquences terminales. Si une fourche de réplication se casse sa réparation par les mécanismes de recombinaison homologue peut entrainer des pertes des séquences et une instabilité du génome.

En utilisant la levure S. pombe, nous explorons les mécanismes impliqués dans gestion du stress réplicatif aux télomères. Récemment, nous avons pu mettre en évidence que le complexe Stn1-Ten1 joue un rôle essentiel dans la réplication des régions télomériques et subtélomériques, en stimulant la synthèse d’ADN pour éviter l’accumulation d’ADN simple-brin (Matmati et al., Science Advances 2018). Nous avons pu montrer aussi que la télomérase joue un rôle clef dans la réplication des télomères en réparant les fourches de réplication bloquées ou cassées (Matmati et al., Cell reports 2020).

 

Fonctions télomériques du complexe RPA humain et téloméropathies
FISH

Le complexe RPA, un hétérotrimère affin pour l’ADN simple-brin, est essentiel pour la réplication, la recombinaison et la réplication de l’ADN. Nous avons montré que ce complexe est impliqué dans la maintenance des télomères chez la levure (Schramke et al., Nature Genetics 2004 ; Luciano et al., EMBOj 2012). Plus récemment, nous avons pu mettre en évidence que RPA empêche la formation de structures secondaires de l’ADN, de type G-quadruplexe, aux télomères et facilite ainsi l’action de la télomérase (Audry et al., EMBOj 2015). En collaboration avec Caroline Kennengiesser (Hôpital Bichat), Patrick Revy (Institut Imagine) et Carole Saintomé (Muséum d’Histoires Naturelles), nous avons identifié chez des patients atteint de télomèropathies des mutations dans les gènes RPA. Nos recherches consistent désormais à étudier l’impact de ces mutations sur les télomères dans des lignées cellulaires exprimant la sous-unité de RPA modifiée et à déterminer dans quels mécanismes RPA est impliqué.

Maintenance des télomères dans les cellules quiescentes

Mêmes si les cellules ne se divisent pas, leur génome peut être endommagé et nécessite d’être réparé. C’est particulièrement le cas des télomères qui sont cibles privilégiées des radicaux libres (ROS). Nous avons montré que les télomères érodés sont sujets à des forts réarrangements dans les cellules quiescentes initiés par la production d’ARN non-codant (TERRA) (Maestroni et al., Nature Communications 2017). Ces réarrangements agissent comme un signal moléculaire qui empêche les cellules de se diviser à nouveau. De plus, nous avons montré que les télomères étaient regroupés à la membrane nucléaire dans les cellules quiescentes et que celle-ci joue un rôle important dans leur stabilité (Maestroni et al., Nucleic Acid research 2020). Pour ces travaux, nous utilisons la levure S. pombe, là encore un modèle très avantageux puisque les cellules sont facilement maintenues en quiescence pendant plusieurs semaines.

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