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Fait marquant | Résultat scientifique

Visualisation moléculaire de la réparation de l’ADN par une photolyase


​​​​​​​​​​​​​​​​​​Une collaboration internationale impliquant des chercheurs de l’Irig a révélé les détails de la réparation d’une lésion de l'ADN par l’enzyme photolyase, grâce à la cristallographie résolue en temps, depuis la rupture de liaisons de la lésion jusqu’à la dissociation de l’ADN et de l’enzyme.

Publié le 4 décembre 2023

​​Les dommages à l'ADN induits par le rayonnement ultra-violet peuvent être réparés dans certains organismes par une enzyme activée par la lumière, la photolyase. Des chercheurs de l’Irig ont participé à l’étude du mécanisme d’une photolyase d’archée méthanogène qui répare spécifiquement les lésions de type dimère cyclobutylique de pyrimidine (lésions CPD). En captant la lumière visible, la photolyase catalyse la rupture de deux liaisons covalentes reliant des cycles pyrimidines adjacents d’un brin d’ADN.

L’étude du mécanisme moléculaire de réparation d’un brin d’ADN a été réalisée aux lasers de rayons X à électrons libres (XFEL) SwissFEL en Suisse et SACLA au Japon par cristallographie résolue en temps, pour laquelle l’IBS a contribué par l’analyse de données spectroscopiques et cristallographiques. Il a été visualisé entre 100 picosecondes et 200 microsecondes, une échelle de temps couvrant plus de 6 ordres de grandeur, un niveau de détail jusque-là inégalé. Le mécanisme est ainsi constitué du transfert d'électrons du FAD vers l'ADN lésé, la rupture séquentielle de deux liaisons covalentes, le réarrangement des différents groupes chimiques impliqués dans la réaction puis le basculement des deux bases de l'ADN réparées, ce qui mène alors à la dissociation du complexe enzyme/ADN (voir Figure).

Figure : A gauche, les bases endommagées du brin d’ADN pointent vers l’intérieur de l’enzyme photolyase. Sous l’effet de l’absorption de lumière bleue par le cofacteur FAD, les liaisons covalentes de la lésion CPD sont rompues en moins de 10 nanosecondes, comme illustrées par les cartes différences de densité électronique (en or​ange et bleu dans l'​encart supérieur). Après 200 microsecondes, les bases réparées se sont réorientées vers l’intérieur du brin d’ADN, qui est alors prêt à se dissocier de l’enzyme. ​
© Nicolas Caramello (ESRF et Université de Hambourg) et Antoine Royant (IBS)

L'ensemble des données recueillies dans cette étude constitue un véritable film moléculaire des événements depuis l'absorption d'un photon bleu par le cofacteur jusqu'à la réparation complète du double-brin d'ADN.

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