Ajuster pour mieux souder : la fonction des ADN polymérases pour réparer les cassures double-brin de l’ADN
La lésion la plus grave pour la molécule ADN est la cassure simultanée des deux brins qui la composent. Une collaboration internationale vient de révéler en détail comment des enzymes qui copient l’ADN participent à la réparation de ce type de lésion dans les cellules humaines. A terme, la connaissance intime des acteurs intervenant dans ce mécanisme pourra permettre de le manipuler pour rendre les cellules cancéreuses plus sensibles aux thérapies dont le mode d’action est de casser l’ADN. Cette étude est parue le 6 mai 2025 dans la revue Nature Communications.
L’ADN qui constitue notre patrimoine génétique est endommagé en permanence par des molécules ou des rayonnements présents dans l’environnement. La lésion la plus grave pour la molécule ADN est la cassure simultanée des deux brins qui la composent. Ce dommage, appelé cassure double-brin de l’ADN peut être mortel pour une cellule si elle ne parvient pas à le réparer. Cependant les cellules humaines sont équipées d’une voie de réparation très efficace, la jonction d’extrémités non homologues (NHEJ), qui soude entre elles les extrémités de la cassure. La NHEJ peut même nettoyer des extrémités abimées pour faire un ajustage parfait avant leur soudure. Parmi les enzymes nécessaires, il était connu que des enzymes qui copient l’ADN, appelées ADN polymérases intervenaient dans l’étape d’ajustage, mais sans savoir comment elles le faisaient.
Une collaboration internationale impliquant l’équipe de Sébastien Britton à l’IPBS (CNRS/Université de Toulouse) vient de révéler en détail comment ces enzymes participent à la réparation des cassures double-brin de l’ADN par NHEJ. Dans les cellules humaines, le complexe protéique Ku se lie immédiatement sur chaque extrémité des cassures grâce à sa structure en anneau. Ces dernières années, divers assemblages de plusieurs protéines qui orchestrent le mécanisme de NHEJ ont été caractérisés, en particulier grâce aux progrès des techniques qui en étudient la structure (cristallographie, cryo-microscopie électronique – cryo-EM). De façon remarquable, Ku constitue le point d’ancrage commun à ces différents complexes.
Légende : L’anneau Ku70/80 (orange/vert) autour de l’ADN (jaune) constitue un point d’ancrage pour la liaison de Pol λ (domaine BRCT, violet), Ligase IV (domaine BRCT1, rouge), PAXX (domaine P-KBM, cyan), XLF (domaine X-KBM, rose) et APLF (domaine A-KBM, brun), protéines intervenant dans la réparation des cassures double-brin de l’ADN par NHEJ.
Cette nouvelle étude apporte un nouvel assemblage à l’édifice en présentant plusieurs structures d’ADN-Polymérases en interaction avec Ku sur une cassure de l’ADN. Ces structures révèlent un site d’interaction spécifique entre Ku et un domaine appelé BRCT qui est commun aux ADN-polymérases de la famille X, celle qui intervient dans la NHEJ. Pour prouver que cette interaction se produit dans les cellules, la surface de contact entre ces protéines a été changée par des mutations et les conséquences de ces changements ont été mesurés sur la capacité des cellules à réparer les cassures de l’ADN. Parmi les techniques utilisées, les chercheurs ont construit un outil original qui permet de mesurer l’activité de copie d’ADN sur les extrémités d’une molécule d’ADN cassée en un point précis et introduite dans les cellules. Les résultats prouvent la nécessité du domaine BRCT des ADN-polymérases X pour leur recrutement et leur activité au sein du complexe NHEJ et en définitive pour la survie des cellules en présence de coupure double dans leur ADN.
La radiothérapie et d’autres thérapies anticancéreuses agissent en coupant les deux brins de la molécule d’ADN contenue dans les cellules tumorales, générant ainsi un excès de cassures double-brin de l’ADN qui leur est toxique. A terme, la connaissance intime de tous les acteurs intervenant dans le mécanisme NHEJ pourrait permettre de le manipuler pour rendre les cellules cancéreuses plus sensibles à ces thérapies.
Référence
Structural and Functional Insights into the Interaction between Ku70/80 and Pol X Family Polymerases in NHEJ.
Philippe Frit†, Himani Amin†, Sayma Zahid†, Nadia Barboule†, Chloe Hall, Gurdip Matharu, Steven W. Hardwick, Jeanne Chauvat, Sébastien Britton, Dima Y. Chirgadze, Virginie Ropars, Jean-Baptiste Charbonnier, Patrick Calsou*, Amanda K. Chaplin*. Nat Commun 16(1):4208 †equal contribution, * corresponding authors
Contacts
Patrick Calsou (Inserm) or Sébastien Britton (CNRS) | calsou@ipbs.fr | sebastien.britton@ipbs.fr