CE12 - Génétique, génomique et ARN

Caractérisation d’une nouvelle voie de réparation des mésappariements – MMRDNABREAKS

Résumé de soumission

Notre projet MMRDNABREAK vise à élucider le fonctionnement moléculaire d’une nouvelle voie de réparation des mésappariements (MMR). Ce mécanisme original dépend de l'endonucléase NucS présente chez de nombreuses archées et actinobactéries. L'inactivation de cette voie entraîne un phénotype hypermutateur avec de fréquentes substitutions de nucléotides (transition) et une augmentation de la recombinaison entre des séquences hautement similaires mais non identiques (homéologues).
Des études novatrices récentes ont établi que les protéines NucS fonctionnent très différemment du complexe classique MutSL puisque i) le complexe NucS-pince de réplication seul reconnaît et clive les MM ; ii) l'activation de NucS par l'ATP n'est pas nécessaire pour la réparation de l'ADN et iii) les protéines NucS éliminent les MM en créant une cassure d'ADNdb (DSB) hautement recombinogène. Nous avons également démontré récemment qu'une interaction physique entre NucS/EndoMS et le clamp de réplication est nécessaire pour éviter les mutations.
L'ambition majeure du projet MMRDNABREAK est de disséquer les caractéristiques uniques du processus MMR non-canonique en utilisant un éventail de techniques expérimentales et bioinformatiques. Nous examinerons comment, en l'absence des protéines MMR canoniques MutS et MutL, le système NucS/EndoMS parvient à une réplication fidèle du génome. Nos expériences de ‘pulldown’ in vitro chez les archées hyperthermophiles ont suggéré un couplage physique entre NucS et les protéines de recombinaison homologue (Mre11-Rad50). L’association entre MMR et la recombinaison homologue est pertinente d’un point de vue physiologique, car elle empêcherait l'accumulation de DSB créés par NucS, événements hautement toxiques pour la cellule. Nous souhaitons spécifiquement étudier les interactions biochimiques et la coordination des complexes NucS, PCNA et Mre11-Rad50 sur les substrats d'ADN portant des mésappariements (MM). Les expériences biochimiques permettront également d'identifier les hétéroduplexes préférentiellement rejetés par l'activité anti-recombinase de la protéine NucS.
Chez la bactérie Streptomyces, l'épistasie génétique, la génomique et les analyses d'imagerie seront utilisées pour étudier le rôle cellulaire de NucS. Nous quantifierons et localiserons les MM et les DSB dans les cellules bactériennes, car la déficience ou la surexpression de NucS pourrait moduler le nombre de DSB et influencer la stabilité du génome. Nous pensons également que la déficience en NucS pourrait faciliter la recombinaison homéologue et conséquemment abaisser les barrières interspécifiques entre des espèces bactériennes.
Enfin, nous initierons une voie de recherche biophysique et structurelle intégrative pour étudier les interactions entre le complexe NucS-pince de réplication et l'ADN contenant un mésappariement. Cette approche nous permettra de mieux comprendre les étapes précoces de la reconnaissance des MM par ce nouveau système de réparation de l'ADN.
Notre projet s'appuie sur des travaux pionniers, réalisés au sein du consortium, sur la caractérisation du complexe NucS/EndoMS - clamp de réplication, et vise à décrypter ce système de réparation majeur de l'ADN, encore mal compris, et ses conséquences évolutives. Nos objectifs sont ambitieux mais bénéficient des compétences complémentaires uniques des laboratoires fédérés au sein du consortium MMRDNABREAK, dans la caractérisation biochimique, biophysique et structurelle de la nouvelle voie de réparation de l'ADN (P1, 2 et 4) et dans l'étude l’évolution du génome et des barrières interspécifiques chez les procaryotes (P3). Nous avons également développé une expertise reconnue sur les mécanismes de réplication et de réparation de l'ADN dans des conditions extrêmes. La force du consortium découle non seulement des approches scientifiques complémentaires des partenaires, mais aussi de l’utilisation de différents modèles bactériens.

Coordination du projet

Hannu MYLLYKALLIO (Laboratoire d'optique et biosciences)

L'auteur de ce résumé est le coordinateur du projet, qui est responsable du contenu de ce résumé. L'ANR décline par conséquent toute responsabilité quant à son contenu.

Partenaire

DynAMic Dynamique des Génomes et Adaptation Microbienne
LBI2M Laboratoire de Biologie intégrative des modèles marins
LOB Laboratoire d'optique et biosciences
BEEP BIOLOGIE ET ECOLOGIE DES ECOSYSTEMES MARINS PROFONDS

Aide de l'ANR 578 457 euros
Début et durée du projet scientifique : avril 2023 - 48 Mois

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