ADN : comprendre comment il se répare, éclairer l'origine des cancers

À l’Institut de génétique et développement de Rennes (IGDR), un maître de conférences de l'Université de Rennes 1 a contribué à une étude européenne portant sur une protéine capable de remodeler l’ADN, baptisée ALC1/CHD1L. Sébastien Huet a pu observer l’action de cette protéine directement au sein des cellules. Publication dans Molecular Cell (déc. 2017).

S. Huet et le microscope confocal utilisé pour ces travaux. Photo A. Vettoretti
  1. ALC1, une molécule "remodeleuse"
  2. Des observations in cellulo
  3. Les résultats
  4. En perspective: une meilleure compréhension de l'origine des cancers
  5. Référence

La molécule ADN contient le plan de fabrication de notre organisme. Toute modification de ce plan suite à une altération de l'ADN peut avoir des conséquences catastrophiques en induisant notamment l'apparition de cancers. On considère qu'au sein de chacune de nos cellules, l'ADN subit chaque jour plus de 100 000 événements d'altération. Pour réparer ces dommages et ainsi préserver l'intégrité de son génome, la cellule possède différentes voies de réparation de l'ADN. C'est l'une des étapes précoces de ce processus qui a été étudiée par une collaboration rassemblant des scientifiques allemands, danois, français et néerlandais.

ALC1, une molécule "remodeleuse"

Lorsqu’un brin d’ADN est endommagé, par exemple par des rayonnements X, UV ou des produits chimiques, divers mécanismes sont déclenchés pour le réparer. La première étape est de libérer l’accès à la zone endommagée. En effet, au sein des noyaux, l’ADN n’est pas nu mais empaqueté dans une structure très compacte appelée chromatine. C’est à cette étape qu’interviennent des « remodeleurs » de la chromatine, tels que la molécule ALC1 (acronyme anglais de Amplified in Liver Cancer 1, aussi appelée CHD1L). Celle-ci va « ouvrir » la chromatine pour libérer l’accès à la molécule d’ADN afin qu’elle soit réparée.

« Nous savions déjà qu’ALC1 avait cette capacité à ouvrir la chromatine. Ici, nous avons montré comment la liaison d’ALC1 à l’ADN endommagé permet d’activer cette fonction de remodelage de la chromatine », explique Sébastien Huet.

Des observations in cellulo

Le chercheur a observé directement en cellules vivantes l’activité d’ALC1. Pour cela, Sébastien Huet a utilisé la microscopie confocale combinée à l'irradiation laser, qui permet de causer rapidement des dommages à l’ADN au niveau d'une zone prédéfinie du noyau cellulaire.

Vidéo

Par exemple, en endommageant des noyaux de cellules, le Rennais et l'équipe du professeur Gilles Salbert à l'IGDR ont observé le recrutement des molécules ALC1 : elles se rassemblent en quelques secondes autour de la zone endommagée., comme la vidéo ci-dessous, réalisée en fausses couleurs. À 0 seconde sur ces images, un laser endommage l'ADN. Les molécules ALC1, fusionnées à un marqueur fluorescent visible en jaune, viennent s'accumuler autour de la lésion.

Les résultats

Ces observations in cellulo ont confirmé les fonctions des 3 domaines d’ALC1, étudiées in vitro par les partenaires internationaux de l’étude. ALC1 est composée :

  • d’un domaine remodeleur,
  • d’un domaine de liaison
  • d’un domaine macro se liant à une marque spécifique de la présence de dommages dans l’ADN, la poly-ADP-ribosylation (PAR). Cette marque est produite par la protéine PARP1 qui est capable de reconnaître la présence de cassures le long de l’ADN.

En l'absence de dommages, les domaines remodeleur et macro d'ALC1 sont en interaction, ce qui inhibe l'activité de remodelage de la chromatine (voir schéma ci-dessous). En revanche, la liaison du domaine macro aux marques PAR, signalant la présence de cassures dans l'ADN, se traduit par une dissociation des domaines macro et remodeleur. Ce dernier peut alors jouer son rôle et « ouvrir » la chromatine. ALC1 est amplifiée dans plusieurs types de tumeurs solides, comme les cancers colorectaux et ovariens. D’autres sont par ailleurs associés à des mutations d'ALC1.

« Nous avons observé que certaines de ces mutations bloquent l'interaction entre les domaines remodeleur et macro. ALC1 devient alors capable de se lier à la chromatine, et donc potentiellement de la remodeler, même en l'absence de dommages », souligne Sébastien Huet.

Figure

Légende : modèle de régulation de l'activité de la protéine ALC1. En l'absence de dommage dans l'ADN, les domaines macro (M) et remodeleur (R) d'ALC1 sont en interaction ce qui rend cette protéine inactive. Suite à l'induction de dommages, le domaine macro se lie à ces derniers par l'intermédiaire du senseur de dommages PARP1. Cette liaison du domaine macro à l'ADN endommagé induit une libération du domaine remodeleur qui peut alors se fixer sur la chromatine afin d'ouvrir cette structure. 

En perspective: une meilleure compréhension de l'origine des cancers

L’étude du fonctionnement d’ALC1 contribue donc à mieux comprendre les dérégulations observées au sein des cellules cancéreuses. PARP1, qui signale à ALC1 la présence de dommages dans l'ADN, est d'ores et déjà une cible de traitements anticancéreux. ALC1 apparaît lui aussi comme une cible à fort potentiel thérapeutique. Cependant, avant d’en arriver là, il reste encore du chemin à parcourir ! Ces travaux publiés dans la revue Molecular Cell représentent un pas supplémentaire.

Référence

A Poly-ADP-Ribose Trigger Releases the Auto-Inhibition of a Chromatin Remodeling Oncogene
Hari R. Singh, Aurelio P. Nardozza, Ingvar R. Möller, Gunnar Knobloch, Hans A.V. Kistemaker, Markus Hassler, Nadine Harrer, Charlotte Blessing, Sebastian Eustermann, Christiane Kotthoff, Sébastien Huet, Felix Mueller-Planitz, Dmitri V. Filippov, Gyula Timinszky, Kasper D. Rand, Andreas G. Ladurner
Molecular Cell (2017) Volume 68, Issue 5, 7 December 2017, Pages 860–871.e7  |  doi: 10.1016/j.molcel.2017.11.019

Article réalisé avec la contribution d'Alice Vettoretti [PlumeSciences]