Le noyau dur de la machinerie de la réparation des cassures double-brin
Surveiller la bonne santé de l'ADN, tel est le travail des nombreux systèmes de réparation présents dans nos cellules, chacun étant spécialisé pour la détection et la correction d'une d'anomalie précise. Une anomalie particulièrement grave est la cassure de la double chaîne d'ADN, qui se produit sous l'effet d'un stress oxydant ou d'une exposition à la radioactivité, aux rayons X (lors d'un examen radiologique) ou au rayonnement cosmique (lors d'un voyage en avion). Dans les cellules humaines, le service de maintenance de ce type de cassure a pour nom la “NHEJ" (Non Homologous End Joining), qui coordonne de nombreux agents pour détecter les cassures, les « isoler » et finalement les ressouder. Le noyau dur de ce processus est composé de Ku70/Ku80, DNA-PKcs, Lig4, XRCC4 et XLF. Le complexe Ku70/Ku80 encercle très rapidement chacune des extrémités de la cassure, grâce à sa forme de bouée, et sert d'amarre pour l'enzyme DNA-PKcs. Les deux DNA-PKcs, chacune à une extrémité de la cassure, vont alors s'associer.
Dans une étude précédente, des équipes du B3S (I2BC/Institut Joliot) et de l'Institut de Pharmacologie et de Biologie Structurale – IPBS – (en collaboration avec Gustave Roussy et les Universités Paris-Saclay et Aix-Marseille) ont décrit, à l'échelle atomique, comment XLF entre en contact avec Ku70/Ku80 et comment la perturbation de cette interaction empêche la bonne réparation de l'ADN (voir actualité du 08/10/2018 :
Réparation des cassures d'ADN : zoom sur les premières étapes).
PAXX, pas si redondant
Parmi les autres agents « accessoires » impliqués, la protéine PAXX est le dernier à avoir été identifié, en 2015. PAXX interagit aussi avec Ku70/Ku80 (sur Ku70) et sa fonction semble partiellement se superposer à celle d'XLF. Dans une nouvelle étude, par deux techniques qui permettent de visualiser les protéines à l'échelle atomique (cristallographie aux rayons X et cryo-microscopie électronique), les chercheurs du B3S et de l'IPBS[1] identifient précisément les zones de contact entre PAXX et Ku70/Ku80. Ils montrent que PAXX et XLF peuvent se lier simultanément à Ku, sur des faces opposées (PAXX à Ku70 et XLF à Ku80, figure 1). PAXX et XLF agiraient comme des ponts stabilisant des formes alternatives de dimères de DNA-PKcs. L'édification de ces différents assemblages macromoléculaires pourraient constituer un moyen pour la cellule de parvenir à réparer l'ADN en fonction de la nature des cassures de l'ADN. Comme précisé plus haut, PAXX est une protéine accessoire du processus NHEJ ; sa perte n'affecte que modérément le processus. En revanche, les chercheurs montrent dans cette étude que supprimer PAXX exacerbe l'effet de la perte de XLF.
Figure 1 : L'hétérodimère Ku, un anneau dynamique qui déploie ses ailes comme un papillon pour attirer ses partenaires.
A. Structure atomique de Ku lié à l'ADN, déterminée par cristallographie aux rayons X. L'ADN, en brun est lié à l'anneau Ku composé des deux sous-unités Ku80, en magenta et Ku70, en rose.
B. Structure de Ku lié à deux facteurs de réparation : XLF, en vert, se lie à la sous-unité Ku80. PAXX, en bleu, se lie à la sous-unité Ku70. Ku se déploie des deux côtés comme un papillon lors de la liaison des deux facteurs. © Seif-El-Dahan / I2BC
Les cellules cancéreuses hyperactives sont particulièrement vulnérables aux cassures de l'ADN induites par la radiothérapie ; des molécules qui bloqueraient l'assemblage de PAXX et/ou de XLF sur les cassures de l'ADN pourraient augmenter la sensibilité des cellules cancéreuses et ainsi ouvrir de nouvelles perspectives thérapeutiques. Des premiers travaux coordonnés par le B3S ont permis d'identifier des premières pistes prometteuses.
Contact Institut Frédéric-Joliot :
[1] Cette fois-ci, en collaboration avec le département de biochimie de l'Université de Cambridge, AstraZeneca et le Leicester Institute for Structural and Chemical Biology