Dynamique des proteines de reparation de l'ADN dans le nucleosome – DYPROSOME

Les partenaires du IAB Grenoble et LBMC Lyon, parmi les spécialistes majeures dans leurs domaines, assemblent des échantillons de nucléosomes reconstruits en laboratoire, avec des défauts insérés dans la séquence d’ADN, imitant le résultat de l’endommagement, tels que typiquement apportés à la cellule par des agents pathogènes chimiques, des processus d’oxydation et vieillissement cellulaire, ou l’interaction avec les rayonnements ionisants. Ces nucléosomes « endommagés » sont mis en solution avec les enzymes de la BER députés à la reconnaissance des défauts, pour étudier leur structure en interaction avec l’ADN endommagé. Les détails de la structure moléculaire sont révélés par la cryo-microscopie atomique.

En parallèle, les partenaires de l’IEMN et UGSF, tous les deux basés à Lille, réalisent des simulations à l’ordinateur par des méthodes de docking (amarrage) moléculaire et de dynamique moléculaire, visant à reconstruire les détails structurels et dynamiques à l’échelle atomique des interactions enzymes/ADN. Ces méthodes théoriques sont capables de décrire et suivre les mouvements et interactions moléculaires avec un degré de précision supérieure aux expériences, et représentent ainsi un ingrédient clé pour déchiffrer les données expérimentales.

Le projet DYPROSOME a permis des avancées importantes, notamment du côté de la modélisation théorique. Nous avons montré que l’ADN, lorsqu’il est légèrement déformé dans certaines structures compactes du noyau, peut exposer temporairement des bases normalement cachées. Cette ouverture rend possible l’action d’enzymes de réparation, comme l’UDG, qui peuvent alors détecter et corriger des anomalies. Ces résultats, confirmés par plusieurs études successives, montrent que la structure même de l’ADN, notamment sa courbure, son organisation autour des protéines histones, joue un rôle actif dans les mécanismes de réparation. Ces travaux se poursuivent aujourd’hui, notamment pour mieux comprendre l’influence des interactions électrostatiques dans le contexte de la chromatine, qui est la structure de l'ADN dans le noyau cellulaire.

Sur le plan expérimental, le projet a rencontré des défis importants mais aussi des résultats prometteurs. Nous avons réussi à stabiliser un complexe entre une enzyme de réparation (OGG1) et un ADN endommagé au sein d’un nucleosome, une étape clé vers la compréhension fine de ces mécanismes. Cependant, la production d’échantillons et leur analyse, très exigeantes techniquement, ont ralenti les progrès, et certains travaux ont été interrompus suite à des changements dans l’équipe. Malgré cela, les méthodes développées ont permis de poser des bases solides, aujourd’hui exploitées dans de nouvelles collaborations, ouvrant la voie à de futures découvertes sur la réparation de l’ADN.

Même si le projet DYPROSOME n’a pas pu aller jusqu’au bout sur le plan expérimental, il a permis de mieux comprendre comment certaines enzymes réparent l’ADN dans des conditions proches de celles rencontrées dans nos cellules. Plutôt que d’étudier l’ADN de façon simplifiée, nous avons cherché à le replacer dans son environnement naturel, où il est enroulé et compacté. Nous avons ainsi montré que des forces physiques peuvent légèrement déformer l’ADN et rendre visibles des défauts habituellement cachés, facilitant leur réparation. La forme et l’organisation de l’ADN autour des protéines (les nucléosomes) jouent donc un rôle clé. Nous avons aussi identifié un mécanisme d’ancrage qui aide l’enzyme UDG à se positionner correctement sur l’ADN.

Sur le plan expérimental, les objectifs initiaux n’ont pas pu être entièrement atteints, mais les simulations réalisées offrent des pistes solides pour de futures vérifications. Elles ouvrent la voie à de nouvelles approches expérimentales, par exemple en observant directement les forces qui agissent sur l’ADN à l’échelle d’une seule molécule, ou en suivant en temps réel l’interaction entre l’ADN et les enzymes de réparation. Ces techniques, autrefois difficiles, deviennent aujourd’hui accessibles.

Le projet suggère également d’explorer des formes d’ADN moins rigides que celles habituellement étudiées, car elles semblent plus facilement réparées. Cela pourrait permettre de mieux comprendre comment ces mécanismes fonctionnent réellement dans les cellules.

En résumé, ce travail montre que la réparation de l’ADN ne dépend pas seulement de réactions chimiques, mais aussi de propriétés physiques encore peu explorées. Il ouvre ainsi de nouvelles perspectives pour mieux comprendre, et à terme mieux maîtriser, ces processus essentiels à la vie.cohérent (par exemple pour un rapport ou un résumé global).

Nous proposons une étude combinée computationnelle et expérimentale des mécanismes moléculaires par lesquels les protéines de réparation identifient les dommages à l'ADN dans la chromatine. Les processus de réparation de l'ADN (DDR) sont étroitement réglementés parmi plusieurs voies adaptées pour chaque type de dommage. Cependant, les toutes premières étapes du DDR sont peu explorées au niveau moléculaire, car cela nécessite des techniques avancées encore en développement. Comment les protéines peuvent donc initialement identifier les régions d'ADN endommagées ? Quelles interactions dirigent le choix d'une voie de réparation par rapport à une autre ? Dans quelle mesure le degré de compaction des nucleosomes affecte-t-il l'accès des protéines de réparation à l'ADN endommagé? Nous allons cibler les lésions de l'ADN localisées au niveau des nucleosomes, pour étudier leur interaction avec un jeu de protéines pré selectionnées, opérant aux toutes premières étapes de la chaîne de réparation.