Hybrides ARN:ADN et instabilité des fourches de réplication – ReDeFINe

Les R-loops sont des structures stables qui se forment lors de la transcription quand l'ARN naissant s’associe avec son ADN matrice, générant un hybride ARN:ADN et une boucle d’ADN simple-brin. Ces structures couvrent jusqu'à 5% du génome humain et jouent un rôle important dans la régulation de l'expression des gènes. Plusieurs études montrent que les R-loops représentent également une source potentielle d'instabilité génomique, probablement en augmentant les conflits de transcription-réplication. Les R-loops diffèrent par leur longueur, leur séquence et par le contexte génomique dans lequel elles se forment. Cependant, les mécanismes moléculaires impliqués dans le stress réplicatif induit par les R-loops restent peu connus. Nos données préliminaires indiquent que des hybrides ARN:ADN se forment également au niveau des fourches arrêtées et qu’ils interfèrent avec le redémarrage des fourches bloquées s’ils ne sont pas rapidement éliminés. Collectivement, ces données indiquent que les hybrides ARN: ADN représentent non seulement une cause, mais également une conséquence du stress réplicatif, avec des conséquences néfastes pour l'intégrité du génome. Le projet ReDeFINe a pour objectif de caractériser ce double impact des hybrides ARN: ADN en abordant trois questions fondamentales:
- Qu'est-ce qui détermine la toxicité des R-loops pour les fourches de réplication?
- Les hybrides ARN:ADN s'assemblent-ils à la fourche bloquée à la suite d'un stress réplicatif ?
- Les hybrides ARN:ADN interfèrent-ils avec le redémarrage des fourches bloquées?
Le projet ReDeFINe s'attaquera à ces questions cruciales en analysant la distribution des hybrides ARN:ADN toxiques et leur impact sur l'arrêt et le redémarrage des fourches de réplication dans trois organismes modèles (S. cerevisiae, S. pombe et l’homme). Ce projet ambitieux sera mené par un consortium de quatre groupes spécialisés dans la réplication de l’ADN (Pasero, Lambert et Chen), la cartographie des R-loops (Vanoosthuyse, Pasero) et la bioinformatique (Chen). L'utilisation de trois organismes modèles complémentaires révélera des mécanismes universels liant les hybrides ARN:ADN à l'instabilité du génome au cours de la réplication. Le consortium mettra en œuvre des technologies de pointe pour cartographier les arrêts de fourches au niveau du génome, ainsi qu’au niveau de loci spécifiques. Il produira de grands ensembles de données génomiques et les combinera pour générer le premier paysage génomique complet des R-loops et de marqueurs de stress de réplication dans les levures et les cellules humaines. Ces cartes nous permettront de distinguer les R-loops co-transcriptionnelles qui interfèrent avec la progression des fourches de celles qui se forment suite au stress réplicatif. Elles seront également utilisées pour identifier les caractéristiques qui déterminent la toxicité des boucles R-loops dans des conditions de croissance normales. Enfin, le projet ReDeFINe déterminera la nature des hybrides ARN: ADN qui s’accumulent aux fourches bloquées et caractérisera leur impact sur le redémarrage des fourches chez des organismes modèles et dans le contexte de maladies humaines. Globalement, ces études apporteront un éclairage nouveau sur les mécanismes par lesquels les R-loops induisent une instabilité génomique lors de la réplication de l'ADN dans les levures et les cellules humaines.